KR20210105993A - 캐리어를 이용하여 레이저 손상 영역을 따라 결정질 물질을 분할하는 방법 - Google Patents

캐리어를 이용하여 레이저 손상 영역을 따라 결정질 물질을 분할하는 방법 Download PDF

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KR20210105993A
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Abstract

본 발명은, 결정질 재료(예를 들어, SiC) 기판의 일부를 제거하는 방법으로, 상기 기판의 표면을 강성 캐리어(예를 들어, 800μm 두께를 초과하는)에 결합하는 단계를 포함하고, 상기 표면에 대한 제1깊이에서 상기 기판 내에 표면 아래 레이저 손상 영역을 갖는다. 유리 전이 온도가 25°C 이상인 접착 물질은 상기 기판을 상기 캐리어에 접착할 수 있다. 상기 결정질 재료의 파단은 아래에 의해 촉진될 수 있다. (i) 상기 캐리어에 굽힘 모멘트를 인가하기 위해 적어도 하나 이상의 상기 캐리어 가장자리에 근접하도록 기계적 힘을 인가하는 것; (ii)상기 캐리어가 상기 결정질 재료보다 큰 열팽창 계수를 가지는 경우 상기 캐리어를 냉각하는 것; 및/또는 (iii) 초음파 에너지를 결정질 재료에 인가하는 것.

Description

캐리어를 이용하여 레이저 손상 영역을 따라 결정질 물질을 분할하는 방법
본 발명은 결정질 물질을 처리하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 캐리어를 이용하여 표면하 레이저 손상 영역을 갖는, 불(boule) 또는 웨이퍼와 같은, 기판으로부터 비교적 얇은 결정질 물질층을 분리하거나 제거하기 위한 방법에 관한 것이다.
다양한 마이크로전자, 광전자 및 미세가공의 응용은 다양한 유용한 시스템을 제조하기 위한 시작 구조로서 결정질 재료의 얇은 층을 필요로 한다. 결정질 몰질의 큰 직경을 가지는 결정질 잉곳에서 얇은 층(예를 들어, 웨이퍼)을 절단하는 전통적인 방법에는 와이어 톱이 사용되었다. 와이어 톱질(sawing) 기술은 실리콘, 사파이어 및 실리콘 카바이드와 같은 다양한 결정질 재료에 적용되어 왔다. 와이어 톱 도구는 하나 이상의 가이드 롤러의 홈을 통과하는 초극세 강철 와이어(일반적으로 직경 0.2mm 이하)를 포함한다. 두 가지 슬라이싱 방법이 존재하는데 이는 즉, 느슨한 연삭재 슬라이싱(loose abrasive slicing)과 고정 연삭재 슬라이싱(fixed abrasive slicing)이다. 느슨한 연삭재 슬라이싱은 고속으로 작동하는 강철 와이어에 슬러리(일반적으로 오일 속의 연삭재 현탁액)를 적용하는 것을 포함하며, 이에 의해 와이어와 공작물 사이의 연삭재의 롤링 동작으로 인해 잉곳이 절단된다. 불행히도, 슬러리의 환경적 충격은 상당하다. 이러한 충격을 줄이기 위해, 다이아몬드 연삭재로 고정된 와이어를, 수용성 냉각액(슬러리가 아닌)만 필요로 하는 고정 연삭 슬라이싱 방식으로 사용할 수 있다. 고효율 병렬 슬라이싱을 통해 단일 슬라이싱 절차에서 많은 수의 웨이퍼를 생성할 수 있다. 도 1은, 롤러(4A-4C) 사이에서 연장되고, 잉곳(2)을 각각 잉곳(2)의 단면(6)에 일반적으로 평행한 면을 갖는 다수의 얇은 섹션(예를 들어, 웨이퍼(8A-8G))으로 동시에 절단하도록 배열된 평행 와이어 섹션(3)을 포함하는 종래의 와이어 톱 도구(1)를 도시한다. 톱질 공정 동안 롤러(4A-4C)에 의해 지지되는 와이어 섹션(3)은 잉곳(2) 아래에 있는 홀더(7)를 향해 아래 방향(5)으로 눌려질 수 있다. 만약, 단면(6)이 잉곳(2)의 결정학적 c-평면에 평행하고 와이어 섹션(3)이 단면(6)에 평행한 잉곳(2)을 톱질하면, 각각의 결과 웨이퍼(8A-8G)는 결정학적 c-평면에 평행한 "축상" 단면(6')을 가질 것이다.
결정학적 c-평면에 평행하지 않은 단면을 갖는 미사면(微斜面)(vicinal) (오프컷(offcut) 또는 "축외"로도 알려짐) 웨이퍼를 생성하는 것도 가능하다. 4도의 오프컷을 갖는 미사면 웨이퍼(예를 들어 SiC의)는 다른 물질(예를 들어, AlN 및 기타 III족 질화물)의 고품질 에피택셜 성장을 위한 성장 기판으로 자주 사용된다. 미사면 웨이퍼는 c-축에서 멀어지는 방향으로 잉곳을 성장시키고(예를 들어, 미사면 시드(seed) 물질 위로 성장) 잉곳 측벽에 수직으로 잉곳을 톱질하여 생성하거나, 또는 축상 시드 물질로 시작된 잉곳을 성장시키고 잉곳을 잉곳 측벽에 수직인 방향에서 벗어나는 각도로 톱질하여 생성한다.
결정질 재료의 와이어 톱질은 다양한 제한이 수반된다. 절단 당 제거되는 물질의 너비에 따른 커프 손실은 톱 절단에 내재되어 있으며 이는 결정질 재료의 상당한 손실을 나타낸다. 와이어 톱 절단은 웨이퍼에 적당히 높은 응력을 가하므로 0이 아닌 휨 및 뒤틀림 특성을 야기한다. 단일 불(또는 잉곳)의 처리 시간은 매우 길며 와이어 파손과 같은 현상은 처리 시간을 증가시키고 바람직하지 않은 물질 손실로 이어질 수 있다. 웨이퍼의 절단면에 치핑(chipping) 및 크랙이 발생하여 웨이퍼 강도가 감소할 수 있다. 와이어 절단 공정의 끝에, 결과 웨이퍼의 파편이 세정되어야 한다.
내마모성이 높은(다이아몬드 및 질화붕소와 유사한 경도) 탄화규소(SiC)의 경우 와이어 톱질에 상당한 시간과 자원이 필요할 수 있어 상당한 생성 비용이 수반되어야 한다. SiC 기판은 원하는 전력 전자, 무선 주파수 및 광전자 장치의 제조를 가능하게 한다. SiC는 육각형 결정 구조를 갖는 특정 결정다형(예를 들어, 4H-SiC 및 6H-SIC)과 함께 결정다형이라고 불리는 다양한 결정 구조에서 발생한다.
도 2는 4H-SiC와 같은 육각형 결정에 대한 좌표계를 나타내는 제1 투시 결정 다이어그램 평면도로서, c-평면((0001) 평면, 에피택셜 결정 성장의 [0001](수직) 방향에 대응)은 m-평면((
Figure pct00001
) 평면)과 a-평면((
Figure pct00002
) 평면) 모두에 수직이며, (
Figure pct00003
) 평면은 [
Figure pct00004
] 방향에 수직이고 (
Figure pct00005
) 평면은 [
Figure pct00006
] 방향에 수직이다. 도 3은 c-평면에 평행하지 않은 경사면 평면(9)을 예시하는 육각형 결정에 대한 제2 투시 결정 다이어그램 평면도이며, 여기서 벡터(10)(경사면 평면(9)에 수직)는 [0001] 방향으로부터 멀어지는 방향으로 기울기 각도 β만큼 기울어져 있으며, 기울기 각도 β는 [
Figure pct00007
]을 향하는 방향으로 (약간) 기울어진다. 도 4a는 c-평면((0001) 평면)에 대한 미사면 웨이퍼(11A)의 방향을 도시하는 웨이퍼 방향 다이어그램 투시도이며, 여기서 벡터(10A)(웨이퍼 면(9A)에 수직)는 [0001] 방향으로부터 멀어지는 방향으로 기울기 각도 β만큼 기울어져 있다. 기울기 각도 β는 (0001) 평면과 웨이퍼면(9A)의 돌출부(12A) 사이에 걸쳐 있는 직교 경사(또는 미스오리엔테이션(misorientation)) β와 동일하다. 도 4b는 미사면 웨이퍼(11A)가 정의된 잉곳(14A)(예를 들어, (0001) 평면에 평행한 단면(6A)을 갖는 축상 잉곳)의 일부 위에 중첩된 미사면 웨이퍼(11A)의 단순화된 단면도이다. 도 4b는 미사면 웨이퍼(11A)의 웨이퍼 면(9A)이 경사각(β)만큼 (0001) 평면에 대해 오정렬된 것을 도시한다.
도 5는 상면(26)(예를 들어, (0001) 평면(c-평면)에 평행하고, [0001] 방향에 수직)을 포함하고, (
Figure pct00008
) 평면에 수직이고 [
Figure pct00009
] 방향에 평행한 제1 플랫(28)(길이 LF를 가짐)을 포함하는 라운드 가장자리(27)(직경 D를 가짐)에 의해 측방향 경계를 이루는 예시적인 SiC 웨이퍼(25)의 평면도이다.
SiC의 제조 및 처리와 관련된 어려움으로 인해, SiC 디바이스 웨이퍼는 다양한 다른 결정질 재료의 웨이퍼에 비해 높은 비용이 요구된다. SiC의 와이어 톱질에서 얻은 일반적인 커프 손실은 웨이퍼당 약 250미크론이거나 그 이상일 수 있으며, 이는 와이어 톱질 공정으로 인한 웨이퍼의 두께가 약 350미크론이고, 최종 용도에 따라 후속적으로 얇아져(연삭에 의해) 최종 두께가 약 100 ~ 180 미크론인 점을 고려하면 상당히 중요하다. 와이어 톱질 및 장치 제조 문제를 고려하여 약 350미크론보다 얇게 웨이퍼를 절단하는 것은 비실용적이었다.
와이어 톱질과 관련된 제한을 해결하기 위해, 벌크 결정으로부터 결정 물질의 얇은 층을 제거하기 위한 대안 기술들이 개발되었다. 제어된 스폴링 기술(controlled spalling technology)이라고 하는 한 기술은 기판(예를 들어, Ge(0 0 1)) 표면 상에 인장 응력 요인층(예를 들어, 니켈)을 증착하고, 기판 가장자리 근처에 균열을 도입하고, 표면을 따라 단일 균열 전면으로 균열을 기계적으로 안내(예를 들어, 테이프와 같은 유연한 핸들 층을 사용하여)한다(Bedell et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 46 (2013)참조). 그러나, 이러한 기술은 제거된 층에 매우 높은 응력과 과도한 휘어짐을 가하는 결과를 초래할 수 있다. 큰 결정에서 탄화규소 층을 제거하는 것과 관련된 또 다른 기술은 Kim et al., "4H-SiC wafer slicing by using femtosecond laser double pulses," Optical Materials Express 2450, vol. 7, no. 7(2017)에 개시된다. 이러한 기술은, 표면하 손상을 유도하기 위해 탄화규소에 레이저 펄스를 충돌시켜 레이저로 기록된 트랙을 형성한 다음 락킹 지그(locking jig)에 결정을 부착하고 표면하 손상 영역을 따라 파단을 유발하기 위해 인장력을 인가하는 것을 포함한다. 레이저를 사용하여 물질의 특정 영역을 약화시킨 다음 해당 영역 사이를 파단하는 것은 레이저 스캔 시간을 단축시킨다. 그러나 전술한 파단 기술을 적용하여 파손 없이 잉곳에서 박막 웨이퍼를 안정적으로 제거할 수 있는지 및/또는 상업적 볼륨(volume)으로 확장할 수 있는지는 의심스럽다. 레이저에 의한 표면하 손상 영역을 따라 결정질 재료의 파단을 발생시키기 위해 당업계에 알려진 또 다른 기술은 결정질 재료에 초음파 에너지를 인가하는 것을 포함하지만, 박막 웨이퍼(예를 들어, 350 미크론 이하)를 얻기 위한 이러한 방법의 신뢰성은, 초음파 파단은 박막 웨이퍼에 적용될 때 높은 웨이퍼 파손율을 야기할 수 있는 높은 수준의 레이저 손상을 필요로 하기 때문에 의문이 제기되어 왔다.
미국 특허 출원 공개 번호 2010/0289189A1에 개시된 또 다른 기술은 고체 상태 물질 위에 폴리머 층(예를 들어, Poly(dimethylsiloxane) PDMS))을 적용하는 것과 고체 상태 물질 및 폴리머 층을 실온 미만의 온도(또는 약 -20°C 미만의 온도)에 노출시키는 것(초기에 300°C를 넘지 않는 온도로)을 포함한다. 이러한 냉각은 폴리머 층이 수축하게 하여 고체 상태의 물질에 기계적 응력을 유발하여 물질 내의 깊이에서 평면을 따라 물질이 파단되도록 한다. PDMS는 가교 중합체이며, 가교 밀도를 변경하여(예를 들어, 경화제 대 예비 중합체의 중량비를 변경하고 경화 조건을 변경하여) 강성을 조절할 수 있다. 기계적 특성을 향상시키기 위한 노력을 기울인 경우에도, PDMS에 대한 영률 값은 약 4 MPa 미만의 범위로 보고된다. 예를 들어, Kim, et al., J. Micromech. Microeng. 23(2013) 095024. 참조.
벌크 결정으로부터 결정질 재료의 얇은 층을 제거하기 위한 추가 기술은 미국 특허 출원 공개 번호 2018/0126484A1에 개시되어 있다. 레이저 광선이 고체 상태의 물질에 충돌하여 분리 구역 또는 여러 부분 분리 구역을 만든 다음, 폴리머 수용층(예를 들어, PDMS)을 형성하고 냉각하여(선택적으로 고속 회전이 병행됨) 고체 상태 물질의 얇은 층이 분리 구역(들)을 따라 물질의 나머지로부터 분리되기 위한 기계적 응력을 유발한다. 중합체층 계면 파단에 의한 기술의 한 가지 단점은 결과 웨이퍼가 바람직하지 않게 높은 수준의 휨을 나타낼 수 있다는 점이다. 중합체층 계면 파단에 의한 기술의 또 다른 단점은 고체 상태 물질에 중합체층을 적용하고 경화하는 데 상당한 시간(예를 들어, 30분 이상)이 소요될 수 있고 결과 웨이퍼에서 중합체 물질을 제거하는 데에 추가적인 시간이 필요할 수 있다는 점이다. 폴리머 층을 필요로 하는 기술의 또 다른 제한은 이러한 폴리머 층이 정밀한 치수 지정이 필요할 수 있는 후속 웨이퍼 처리 단계를 견디기에 적합하지 않을 수 있다는 것이다. 벌크 결정으로부터 결정 물질의 얇은 층을 제거하기 위한 또 다른 기술이 미국 특허 출원 공개 번호 2018/0243944A1에 개시되어 있다. 균열 경로를 지정하기 위해 레이저 광선이 도너(donor) 기판에 충돌하고 캐리어 기판(즉, 800 미크론 미만의 두께를 가짐)이 결합층을 통해 도너 기판에 결합되고, 응력 생성층(예를 들어, PDMS 층)은 캐리어 기판 상에 제공되고 응력 생성층은 캐리어 기판 및 결합층을 통해 응력을 전달하기 위한 열적 부하가 가해져(즉, 냉각제에 의해 냉각됨, 특히 액체 질소로 냉각됨) 도너 기판에 응력을 생성하여 도너 기판으로부터 고체층(및 이에 결합된 캐리어 기판)을 제거하기 위해 균열 경로 상에서 전파되는 균열을 촉발한다. 도너 기판 및 캐리어 기판은 바람직하게는 동일한 물질로 구성되지만, 상이한 물질로 구성될 수 있다. 캐리어 기판의 제한된 최대 두께는 응력 생성층에서 도너 기판으로 응력을 전파하는 데 필요하다. 전술한 기술의 한 가지 한계는 도너 기판 위에 3개 이상의 층이 제공되는 것이 요구된다는 것이다. 또 다른 한계는, 이 기술이 매우 낮은(예를 들어, 액체 질소) 온도에서의 열에 의한 냉각으로 제한되는 것으로 보인다는 것이다. 또 다른 제한은 캐리어 기판의 최대 두께가 800미크론을 초과할 수 없어 도너 기판으로부터 분리된 후 결합된 어셈블리의 강성을 잠재적으로 제한한다는 것이다. 또 다른 제한은 캐리어 기판의 재사용이 반대면으로부터 상이한 조성의 잔류 물질(즉, 결합층 물질 및 응력 생성층 물질)의 제거를 필요로 한다는 점이다.
본 발명은 종래의 방법들과 관련된 문제를 해결하기 위한 기판으로부터 결정질 재료의 비교적 얇은 층을 분리하거나 제거하기 위한 개선된 방법을 제공한다.
본 발명은, 다양한 측면에서 표면에 대해 0이 아닌 깊이에서 표면 아래 레이저 손상을 갖는 결정질 재료의 표면에 캐리어(예를 들어, 강성 캐리어)를 결합하는 단계와 이후, 상기 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 상기 결정질 재료를 파단하는 단계를 포함한다. 이러한 파단은 상기 기판에서 제거된 상기 결정질 재료의 일 부분 및 상기 캐리어를 포함하는 결합된 어셈블리를 생성한다. 상기 파단은 상기 캐리어 위에 배열된 별도의 응력 생성층을 필요로하지 않는다. 웨이퍼를 형성하기 위해 잉곳으로부터 결정질 재료의 박층을 순차적으로 제거하기 위한 전술한 단계들이 반복될 수 있다. 어떤 실시예에서, 상기 캐리어는 결정질 특성을 가진다. 어떤 실시예에서, 상기 캐리어는 접착 결합에 의해 상기 결정질 재료의 표면에 결합될 수 있고, 상기 캐리어는 800 미크론 보다 두꺼운 두께를 가질 수 있고, 상기 강성 캐리어는 적어도 20GPa 이상(또는 본원에 명시된 다른 임계값)의 탄성 계수를 가질 수 있다. 어떤 실시예에서, 상기 접착 물질은 25℃(또는 본원에 명시된 다른 임계값) 초과의 유리전이 온도 Tg를 갖는다. 웨이퍼를 구현할 수 있는 상기 기판으로부터 제거된 상기 결정질 재료의 일 부분은 상기 부분이 결합된 어셈블리의 일부로 남아 있는 동안 추가 처리 단계를 수행할 수 있다. 어떠 실시예에서, 제1 강성 캐리어 및 제2 강성 캐리어는 상기 파단 전에 기판의 대향면에 결합될 수 있다. 어떤 실시예에서, 상기 결정질 재료의 파단은 (i) 적어도 하나의 상기 캐리어에 굽힘 모멘트를 인가하기 위해 적어도 하나의 상기 캐리어의 가장자리에 근접하도록 기계적 힘을 인가하는 것(예를 들어, 선택적으로 적어도 어느 하나의 지점에 국한되어); (ii)상기 캐리어가 상기 결정질 재료보다 큰 열팽창 계수를 가지는 경우 상기 캐리어를 냉각하는 것; 및/또는 (iii) 초음파 에너지를 상기 결정질 재료에 인가하는 것에 의해 촉진될 수 있다.
일 양태에서, 본 발명은 결정질 재료 처리 방법에 관한 것으로, 개재 접착 물질을 사용하여 결정질 재료의 표면에 강성 캐리어를 일시적으로 결합하는 단계를 포함하고, 상기 결정질 재료는 기판의 제1면에 대해 제1 깊이에서 표면 아래 레이저 손상 영역을 갖는 기판을 포함하고, 상기 접착 물질은 25°C를 초과하는 유리전이 온도(또는, 본원에 명시된 다른 임계값)를 갖는다. 상기 방법은 상기 강성 캐리어, 상기 접착 물질 및 상기 기판으로부터 제거된 상기 결정질 재료의 일 부분을 포함하는 결합된 어셈블리를 생성하기 위해 상기 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 또는 그에 근접하여 상기 결정질 재료를 파단하는 단계 더 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 강성 캐리어는 800 미크론보다 두꺼운 두께를 가지며; 상기 강성 캐리어는 적어도 20GPa의 탄성 계수를 갖고, 상기 결합된 어셈블리에서 상기 기판으로부터 제거된 상기 결정질 재료의 상기 부분은 적어도 160㎛의 두께로 구성된다.
어떤 실시예들에서, 상기 접착 물질은 열가소성 물질을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 접착 물질은 유리전이 온도 Tg가 적어도 35℃ 이상이거나, 적어도 50℃이상이거나, 적어도 60℃이상이거나, 또는 본원에 명시된 다른 임계값을 갖는다.
어떤 실시예들에서, 상기 접착 물질은 상기 접착 물질이 25℃일 때 적어도 약 70 이상의 쇼어 D 경도계 값을 갖는다. 어떤 실시예들에서, 상기 접착 물질은 상기 접착 물질이 25℃일때 적어도 약 7 MPa이상의 탄성 계수를 갖는다.
어떤 실시예들에서, 상기 강성 캐리어는 800 미크론보다 두꺼운 두께를 갖는다. 어떤 실시예들에서, 상기 강성 캐리어는 적어도 20GPa, 적어도 100GPa, 또는 본원에 명시된 다른 임계값의 탄성 계수를 갖는다. 어떤 실시예들에서, 상기 강성 캐리어는 결정질 재료를 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 강성 캐리어는 제1면 및 상기 제1면에 대향하는 제2면을 포함하고; 상기 접착 물질은 상기 제1면과 접촉하도록 배열되고; 상기 제2면에는 상기 어떤 접착 물질도 제공되지 않고 어떤 응력 생성 물질도 제공되지 않는다.
어떤 실시예들에서, 25℃에서 상기 강성 캐리어의 열팽창 계수(CTE)는 상기 기판의 CTE보다 크다. 어떤 실시예들에서, 상기 파단은 상기 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 또는 이에 근접하여 상기 결정질 재료의 파단을 촉진하기 위해 적어도 상기 강성 캐리어를 냉각하는 것을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 파단은 상기 강성 캐리어 또는 상기 기판 중 적어도 어느 하나에 초음파 에너지를 인가하는 것을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 강성 캐리어의 적어도 일 부분의 최대 길이 또는 최대 폭 중 적어도 어느 하나는 상기 기판의 대응하는 최대 길이 또는 최대 폭을 초과한다. 어떤 실시예들에서, 상기 기판은 상기 기판의 적어도 하나의 가장자리를 따라 노치 또는 플랫을 포함하고, 상기 강성 캐리어의 적어도 하나의 가장자리의 적어도 일 부분은 상기 노치 또는 상기 플랫을 넘어 측방향으로 연장된다. 어떤 실시예들에서, 상기 파단은 상기 강성 캐리어의 적어도 하나의 가장자리에 인접하게 기계적 힘을 인가하는 것을 포함하고, 상기 기계적 힘은 상기 강성 캐리어의 적어도 일부에 굽힘 모멘트를 인가하도록 구성된다.
어떤 실시예들에서, 상기 결정질 재료는 육각형 결정 구조를 포함하고; 상기 굽힘 모멘트는 상기 육각형 결정 구조의 <
Figure pct00010
> 방향에 수직인 각도에 ±5도 이내를 향한다.
어떤 실시예들에서, 상기 방법은 상기 결정질 재료의 상기 부분이 상기 결합된 어셈블리의 일부로 남아 있는 동안 상기 결정질 재료의 상기 부분에 대해 적어도 하나의 추가 처리 단계를 수행하는 단계를 더 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 방법은 상기 파단 전에 상기 제1면에 대향하는 상기 결정질 재료의 제2면에 추가의 강성 캐리어를 결합하는 단계를 더 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 표면 아래 레이저 손상 영역은 실질적으로 평행한 복수의 표면 아래 레이저 손상 라인들을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 방법은 상기 결합된 어셈블리로부터 상기 결정질 재료의 상기 부분을 제거하는 단계를 더 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 결정질 재료는 SiC를 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 방법은 강성 캐리어를 상기 접착 물질로 상기 결정질 재료의 상기 제1면에 상기 일시적 결합하기 전에 (i)상기 결정질 재료의 상기 제1면 또는 (ii)상기 강성 캐리어의 경사면 평면 중 적어도 하나를 조면화(roughening), 텍스처링(texturing) 및/또는 에칭하는 단계를 더 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 또는 이에 근접하여 상기 결정질 재료를 파단하기 전에 상기 결정질 재료는 적어도 500 미크론의 두께로 구성된다.
어떤 실시예들에서, 상기 기판으로부터 제거된 상기 결정질 재료의 상기 부분은 그 위에 적어도 하나의 에피택셜 층의 성장을 위해 구성된 자립형 웨이퍼(free-standing wafer)를 포함한다. 어떤 실시예들에서, 상기 기판으로부터 제거된 상기 결정질 재료의 상기 부분은 그 위에 성장된 적어도 하나의 에피택셜 층을 포함하는 디바이스 웨이퍼를 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은 결정질 재료 처리 방법에 관한 것으로, 결정질 재료의 제1면에 제1 결정질 캐리어를 결합하는 단계를 포함하고, 상기 결정질 재료는 제1면에 대한 제1깊이에서 표면 아래 레이저 손상 영역을 갖는 기판을 포함하고; 제2 결정질 캐리어를 결정질 재료의 제2면에 결합하는 단계; 및 접착 단계 후에, 상기 제1 결정질 캐리어 및 상기 기판으로부터 제거된 상기 결정질 재료의 일 부분을 포함하는 결합된 어셈블리를 생성하기 위해 상기 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 또는 그에 근접하여 상기 결정질 재료를 파단하는 단계를 더 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 제1 결정질 캐리어 또는 상기 제2 결정질 캐리어 중 적어도 하나는 100 GPa 이상의 탄성 계수를 가진다. 어떤 실시예들에서, 상기 제1 결정질 캐리어 또는 상기 제2 결정질 캐리어 중 적어도 하나는 800 미크론을 초과하는 두께를 가진다.
어떤 실시예들에서, 25℃에서 상기 제1 결정질 캐리어의 열팽창 계수(CTE)는 상기 기판의 CTE보다 크며; 상기 파단은 상기 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 또는 그에 근접하여 상기 결정질 재료의 파단을 촉진하기 위해 적어도 상기 제1 결정질 캐리어를 냉각하는 단계를 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 또는 이에 근접하여 상기 결정질 재료를 파단하는 것은, 상기 제1 결정질 캐리어 또는 상기 기판 중 적어도 어느 하나에 초음파 에너지를 인가하는 것을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 제1 결정질 캐리어의 적어도 일 부분의 최대 길이 또는 최대 폭 중 적어도 하나는 대응하는 상기 기판의 최대 길이 또는 최대 폭을 초과한다.
어떤 실시예들에서, 상기 기판은 상기 기판의 적어도 하나의 가장자리를 따라 노치 또는 플랫을 포함하고, 상기 제1 결정질 캐리어의 적어도 하나의 가장자리의 적어도 일 부분은 상기 노치 또는 상기 플랫을 넘어 측방향으로 연장된다.
어떤 실시예들에서, 상기 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 또는 그에 근접하여 상기 결정질 재료의 파단하는 것은 상기 제1 결정질 캐리어의 적어도 하나의 가장자리에 근접한 기계적 힘을 인가하는 것을 포함하고, 상기 기계적 힘은 상기 제1 결정질 캐리어의 적어도 일 부분에 굽힘 모멘트를 인가하도록 구성된다. 어떤 실시예들에서, 상기 결정질 재료는 육각형 결정 구조를 포함하고; 상기 굽힘 모멘트는 상기 기판의 표면에 평행한 육각형 결정 구조의 <
Figure pct00011
> 방향에 수직인 ±5도 이내를 향한다.
어떤 실시예들에서, 상기 결정질 재료의 상기 제1면에 대한 상기 제1 결정질 캐리어의 결합 또는 상기 결정질 재료의 상기 제2면에 대한 상기 제2 결정질 캐리어의 결합 중 적어도 하나는 양극 결합을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 결정질 재료의 상기 제1면에 대한 상기 제1 결정질 캐리어의 결합 또는 상기 결정질 캐리어의 상기 제2면에 대한 상기 제2 결정질 캐리어의 결합 중 적어도 하나는 접착 물질을 이용한 접착 결합을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 접착 물질은 25℃ 초과의 유리전이 온도 Tg를 갖는다.
어떤 실시예들에서, 상기 제1 결정질 캐리어는 제1 면 및 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하고; 상기 접착 물질은 제1 면과 접촉하도록 배열되고; 제2 면에는 어떤 접착 물질도 제공되지 않고 어떤 응력 생성 물질도 제공되지 않는다.
어떤 실시예들에서, 상기 접착 물질은 열가소성 물질을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 접착 물질은 상기 접착 물질이 25℃일 때 적어도 약 70 이상의 쇼어 D 경도계 값을 갖는다.
어떤 실시예들에서, 상기 접착 물질은 상기 접착 물질이 25℃일 때 적어도 약 7 MPa 이상의 탄성 계수를 갖는다.
어떤 실시예들에서, 상기 방법은 상기 결정질 재료의 상기 부분이 결합된 어셈블리의 일부로 남아 있는 동안 상기 결정질 재료의 상기 부분에 대해 적어도 하나의 추가 처리 단계를 수행하는 단계를 추가로 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 표면 아래 레이저 손상 영역은 실질적으로 평행한 복수의 표면 아래 레이저 손상 라인을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 방법은 상기 결합된 어셈블리로부터 상기 결정질 재료의 상기 부분을 제거하는 단계를 더 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 결정질 재료는 SiC를 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 기판으로부터 제거된 상기 결정질 재료의 상기 부분은 그 위에 적어도 하나의 에피택셜 층의 성장을 위해 구성된 자립형 웨이퍼(free-standing wafer)를 포함한다. 어떤 실시예들에서, 상기 기판으로부터 제거된 상기 결정질 재료의 상기 부분은 그 위에 성장된 적어도 하나의 에피택셜 층을 포함하는 디바이스 웨이퍼를 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은 결정질 재료 처리 방법에 관한 것으로, 결정질 재료의 제1면에 강성 캐리어를 결합하는 단계를 포함하고, 상기 결정질 재료는 상기 제1면에 대해 제1깊이에서 표면 아래 레이저 손상 영역을 갖는 기판을 포함하고, 강성 캐리어의 적어도 하나의 가장자리의 적어도 일 부분은 상기 기판의 대응하는 적어도 하나의 가장자리를 넘어 측방향으로 연장된다. 상기 방법은 상기 강성 캐리어의 적어도 일부에 굽힘 모멘트를 인가하고, 상기 강성 캐리어 및 상기 기판으로부터 제거된 상기 결정질 재료의 일 부분을 포함하는 결합된 어셈블리를 생성하기 위해 상기 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 또는 그에 근접하여 결정질 재료를 파단하기 위해 상기 강성 캐리어의 적어도 하나의 가장자리에 인접하게 기계적 힘을 인가하는 단계를 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 강성 캐리어의 적어도 하나의 가장자리에 근접하게 기계적 힘을 인가하는 단계는 상기 강성 캐리어의 상기 적어도 하나의 가장자리에 근접한 어느 한 위치에 기계적 힘을 국부적으로 인가하는 것을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 강성 캐리어의 상기 적어도 하나의 가장자리에 근접하게 기계적 힘을 인가하는 단계는 상기 강성 캐리어의 상기 적어도 하나의 가장자리에 근접한 다수의 공간적으로 분리된 위치에서 기계적 힘을 국부화적으로 인가하는 것과 반대되는 기계적 힘을 상기 강성 캐리어의 중심에 인가하는 것을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 강성 캐리어의 적어도 하나의 가장자리의 적어도 일 부분은, 대응하는 상기 기판의 가장자리 중 적어도 하나를 넘어 적어도 약 100 미크론, 또는 적어도 약 500 미크론(또는 본 명세서에 개시된 다른 임계값) 이상 측방향으로 연장된다.
어떤 실시예들에서, 상기 기판은 상기 기판의 적어도 하나의 가장자리를 따라 노치 또는 플랫을 포함하고, 상기 강성 캐리어의 적어도 하나의 가장자리의 적어도 일부는 상기 노치 또는 상기 플랫을 넘어 측방향으로 연장된다.
어떤 실시예들에서, 상기 결정질 재료는 육각형 결정 구조를 포함하고; 상기 굽힘 모멘트는 상기 육각형 결정 구조의 <
Figure pct00012
> 방향에 수직인 각도에 ±5도 이내를 향한다.
어떤 실시예들에서, 상기 결정질 재료의 상기 표면에 대한 상기 강성 캐리어의 결합은 상기 강성 캐리어와 상기 결정질 재료의 상기 표면 사이에 배열된 접착 물질을 이용하는 접착 결합을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 방법은 상기 기계적 힘을 인가하는 단계 이전에 상기 제1면에 대향하는 상기 결정질 재료의 제2면에 추가의 강성 캐리어를 결합하는 단계를 더 포함한다. 어떤 실시예들에서, 상기 기계적 힘을 가하는 단계는, 상기 제1 강성 캐리어와 상기 추가의 강성 캐리어 사이의 분리를 촉진시키기 위해 상기 제1 강성 캐리어와 상기 추가의 강성 캐리어 사이에 국부적인 지렛대 작용력을 인가하는 것을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 기판으로부터 제거된 상기 결정질 재료의 상기 부분은 그 위에 적어도 하나의 에피택셜 층의 성장을 위해 구성된 자립형 웨이퍼(free-standing wafer)를 포함한다. 어떤 실시예들에서, 상기 기판으로부터 제거된 결정질 재료의 상기 부분은 그 위에 성장된 적어도 하나의 에피택셜 층을 포함하는 디바이스 웨이퍼를 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은 결정질 재료 처리 방법에 관한 것으로, 결정질 재료의 제1면에 강성 캐리어를 결합하는 단계를 포함하고, 상기 결정질 재료는 상기 제1면에 대해 상기 제1깊이에서 표면 아래 레이저 손상 영역을 갖는 기판을 포함하고, 상기 강성 캐리어는 850 미크론을 초과하는 두께를 가지며, 상기 강성 캐리어는 다음의 (i) 또는 (ii)의 특징 중 적어도 하나를 포함한다. (i): 상기 캐리어는 결정질 캐리어를 포함하거나, 또는 (ii) 상기 캐리어는 적어도 20GPa 이상의 탄성 계수를 갖는다; 또한, 상기 강성 캐리어 및 상기 기판으로부터 제거된 상기 결정질 재료의 일 부분을 포함하는 결합된 어셈블리를 생성하기 위해 상기 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 또는 그에 근접하여 상기 결정질 재료를 파단하는 단계를 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 강성 캐리어는 결정질 캐리어를 포함한다. 어떤 실시예들에서, 상기 캐리어는 적어도 20GPa 이상, 적어도 100GPa 이상, 또는 본원에 명시된 다른 임계값의 탄성 계수를 갖는다. 어떤 실시예들에서, 상기 결정질 재료에 대한 상기 강성 캐리어의 결합은 상기 강성 캐리어와 상기 결정질 재료 사이에 제공된 접착제 물질을 이용하는 접착 결합을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 접착 물질은 25℃ 초과의 유리전이 온도 Tg를 갖는다. 어떤 실시예들에서, 상기 접착 물질은 상기 접착 물질이 25℃일 때 적어도 약 70 이상의 쇼어 D 경도계 값을 갖는다.
어떤 실시예들에서, 상기 접착 물질은 상기 접착 물질이 25℃일 때 적어도 약 7 MPa 이상의 탄성 계수를 갖는다.
어떤 실시예들에서, 상기 강성 캐리어는 제1면 및 상기 제1면에 대향하는 제2 면을 포함하고; 상기 접착 물질은 상기 제1면과 접촉되도록 제공되고; 상기 제2면에는 어떤 접착 물질도 제공되지 않고 어떤 응력 생성 물질도 제공되지 않는다.
어떤 실시예들에서, 25℃에서 상기 강성 캐리어의 열팽창 계수(CTE)는 상기 기판의 CTE보다 크다.
어떤 실시예들에서, 상기 파단하는 단계는, 상기 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 또는 그에 근접하여 상기 결정질 재료의 파단을 촉진하기 위해 적어도 상기 강성 캐리어를 냉각하는 것을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 파단하는 단계는, 상기 강성 캐리어 또는 상기 기판 중 적어도 하나에 초음파 에너지를 인가하는 것을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 강성 캐리어의 적어도 일 부분의 최대 길이 또는 최대 폭 중 적어도 하나는 대응하는 상기 기판의 최대 길이 또는 최대 폭을 초과한다. 어떤 실시예들에서, 상기 기판은 상기 기판의 적어도 하나의 가장자리를 따라 노치 또는 플랫을 포함하고, 상기 강성 캐리어의 적어도 하나의 가장자리의 적어도 일부는 상기 노치 또는 상기 플랫을 넘어 측방향으로 연장된다.
어떤 실시예들에서, 파단하는 단계는, 상기 강성 캐리어의 적어도 하나의 가장자리에 근접하게 기계적 힘을 가하는 것을 포함하고, 상기 기계적 힘은 강성 캐리어의 적어도 일 부분에 굽힘 모멘트를 인가하도록 구성된다.
어떤 실시예들에서, 상기 결정질 재료는 육각형 결정 구조를 포함하고; 상기 굽힘 모멘트는 상기 육각형 결정 구조의 <
Figure pct00013
> 방향에 수직인 각도에 ±5도 이내를 향한다.
어떤 실시예들에서, 상기 방법은 상기 결정질 재료의 상기 부분이 상기 결합된 어셈블리의 일부로 남아 있는 동안 상기 결정질 재료의 상기 부분에 대해 적어도 하나의 추가 처리 단계를 수행하는 단계를 더 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 방법은 상기 파단하는 단계 이전에 상기 제1면에 대향하는 상기 결정질 재료의 제2면에 추가의 강성 캐리어를 결합하는 단계를 더 포함한다. 어떤 실시예들에서, 상기 방법은 상기 결합된 어셈블리로부터 상기 결정질 재료의 상기 부분을 제거하는 단계를 더 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 결정질 재료는 SiC를 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 기판으로부터 제거된 상기 결정질 재료의 상기 부분은 그 위에 적어도 하나의 에피택셜 층의 성장을 위해 구성된 자립형 웨이퍼를 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 기판으로부터 제거된 결정질 재료의 상기 부분은 그 위에 성장된 적어도 하나의 에피택셜 층을 포함하는 디바이스 웨이퍼를 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은 아래의 단계를 포함하는 방법에 관한 것으로, 비수직 가장자리 프로파일을 제거하여 수직 가장자리 프로파일을 형성하기 위해 결정질 재료의 두꺼운 웨이퍼의 가장자리를 연삭하는 단계를 포함하고, 상기 두꺼운 웨이퍼는 제1면과, 상기 제1면에 대향하는 제2면과, 상기 제1면 상에 또는 그 위(over)에 증착된 적어도 하나의 에피택셜 층을 포함하고, 상기 강성 제1 캐리어는 상기 강성 제1 캐리어와 상기 적어도 하나의 에피택셜 사이에 제공된 접착 물질에 의해 상기 적어도 하나의 에피택셜 층 위에 일시적으로 결합되고; 상기 수직 가장자리 프로파일의 형성에 이어, 상기 두꺼운 웨이퍼의 상기 제2면을 통해 레이저 방출을 충돌시켜 상기 두꺼운 웨이퍼 내에 표면 아래 레이저 손상 영역을 형성하는 단계를 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 방법은 상기 두꺼운 웨이퍼의 상기 제2면에 강성 제2 캐리어를 결합하는 단계; 및 상기 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 또는 이에 근접하게 (i)상기 제1 강성 캐리어, 상기 접착 물질, 상기 에피택셜 층 중 적어도 하나 및 상기 두꺼운 웨이퍼로부터 분할된 제1 박막 웨이퍼를 포함하는 제1 결합된 어셈블리 및 (ii)상기 제1 강성 캐리어 및 상기 두꺼운 웨이퍼로부터 분할된 제2 박막 웨이퍼를 포함하는 제2 결합된 어셈블리를 생성하기 위해 상기 두꺼운 웨이퍼를 파단하는 단계를 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 방법은 상기 강성 제1 캐리어를 상기 결정질 재료의 주 표면에 결합하는 단계를 더 포함한다. 상기 결정질 재료는 상기 주 표면에 대한 제1 깊이에서 초기 표면 아래 레이저 손상 영역을 갖는 기판을 포함한다. 또한, 상기 방법은 상기 강성 제1 캐리어 및 상기 기판으로부터 제거된 상기 결정질 재료의 일 부분을 포함하는 초기 접착 결합 어셈블리를 산출하기 위해 초기 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 또는 이에 근접하여 상기 결정질 재료를 파단하는 단계; 및 상기 두꺼운 웨이퍼를 생성하기 위해 상기 제1 결합된 어셈블리로부터 상기 결정질 재료의 상기 부분을 제거하는 단계를 더 포함하며, 상기 두꺼운 웨이퍼는 상기 결정질 재료의 상기 부분을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 방법은 상기 두꺼운 웨이퍼의 비수직 웨이퍼 가장자리를 형성하는 단계; 및 비수직 웨이퍼 가장자리의 생성 이후에 상기 두꺼운 웨이퍼의 상기 제1면 상에 또는 그 위에 적어도 하나의 에피택셜 층을 에피택셜 성장시키는 단계를 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 제1 박막 웨이퍼 또는 상기 제2 박막 웨이퍼 중 적어도 하나는 250 미크론 미만의 두께를 가진다.
어떤 실시예들에서, 상기 결정질 재료는 SiC를 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은 표면 손상을 갖는 제1면을 포함하는 결정질 재료 웨이퍼를 처리하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 제1면은 가장자리에 의해 경계가 형성되며, 상기 방법은, 상기 표면 손상의 제1 부분을 제거하기 위해 상기 제1면을 적어도 하나의 제1 연삭 장치로 연삭하는 단계를 포함한다; 상기 제1면을 적어도 하나의 상기 제1 연삭 장치로 연삭한 이후에, 경사지거나 둥근 가장자리 프로파일을 형성하기 위해 가장자리를 연삭하고, 상기 가장자리 연삭 이후에 화학적 기계적 평탄화에 의한 추가 처리에 적합한 제1면을 제공하기에 충분한 상기 표면 손상의 제2 부분을 제거하기 위해 상기 제1면을 적어도 하나의 제2 연삭 장치로 연삭하는 단계를 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 방법은 반도체 물질의 하나 또는 하나 이상의 층 상에 에피택셜 성장을 위한 상기 제1면을 제공하기 위해 적어도 하나 이상의 상기 제2 연삭 장치로 상기 제1면을 연삭한 후 화학적 기계적 평탄화에 의해 상기 제1면을 처리하는 단계를 더 포함한다.
어떤 실시예들에서, 적어도 하나의 상기 제1 연삭 장치는 5000 그릿(예를 들어, 1000 그릿, 1400 그릿, 2000 그릿, 3000 그릿, 4000 그릿 등) 미만의 연삭 표면을 갖는 적어도 하나 이상의 연삭 휠을 포함하고, 적어도 하나의 상기 제2 연삭 장치는 적어도 5000 그릿(예를 들어, 5000 그릿, 7000 그릿, 8000 그릿, 10,000 그릿, 15,000 그릿, 20,000 그릿, 25,000 그릿 등) 이상의 연삭 표면을 갖는 적어도 하나의 이상의 연삭 휠을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 적어도 하나의 상기 제1 연삭 장치를 사용한 상기 제1면의 연삭은 20 미크론 내지 100 미크론(예를 들어, 20 미크론 내지 80 미크론, 40 미크론 내지 80 미크론, 40 내지 60 미크론, 40 내지 60 미크론)의 두께를 제거하는 것을 포함하고, 적어도 하나의 제2 연삭 장치로 제2면을 연삭하는 단계는 3 내지 15 미크론(예를 들어, 5 내지 10 미크론)의 상기 결정질 재료의 두께를 제거하는 것을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 표면 손상은 레이저 손상 및 파괴 손상을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 결정질 재료는 탄화규소 물질을 포함하고, 상기 제1면은 탄화규소 물질의 Si-종결면을 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은 표면 손상을 갖는 제1면을 포함하는 결정질 재료 웨이퍼를 처리하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 제1면은 가장자리에 의해 경계가 형성되며, 상기 방법은, 상기 표면 손상의 제1 부분을 제거하기 위해 상기 제1면을 적어도 하나의 제1 연삭 장치로 연삭하는 단계; 상기 제1면을 적어도 하나의 상기 제1 연삭 장치로 연삭한 이후에, 화학적 기계적 평탄화에 의한 추가 처리에 적합한 제1면을 제공하기에 충분한 상기 표면 손상의 제2 부분을 제거하기 위해 상기 제1면을 적어도 하나의 제2 연삭 장치로 연삭하는 단계; 적어도 하나의 상기 제2 연삭 장치로 상기 제1면을 연삭한 이후에, 상기 제1면 상에 보호 코팅을 형성하는 단계; 상기 제1면 상에 희생 물질을 증착한 후, 경사지거나 둥근 가장자리 프로파일을 형성하기 위해 가장자리를 연삭하는 단계 및 상기 가장자리 연삭 후에, 상기 제1면으로부터 상기 보호 코팅을 제거하는 단계를 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 방법은 상기 제1면으로부터 상기 희생 물질을 제거한 후 반도체 물질의 하나 또는 하나 이상의 층 상에 에피택셜 성장을 위한 상기 제1면을 제공하기 위해 화학적 기계적 평탄화에 의해 상기 제1면을 처리하는 단계를 더 포함한다.
어떤 실시예들에서, 적어도 하나의 상기 제1 연삭 장치는 5000 그릿 미만의 연삭 표면을 갖는 적어도 하나 이상의 연삭 휠을 포함하고, 적어도 하나의 상기 제2 연삭 장치는 적어도 5000 그릿 이상의 연삭 표면을 갖는 적어도 하나의 이상의 연삭 휠을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 보호 코팅은 포토레지스트를 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 표면 손상은 레이저 손상 및 파괴 손상을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 결정질 재료는 탄화규소 물질을 포함하고, 상기 제1면은 탄화규소 물질의 Si-종결면을 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은 물질 처리 장치에 관한 것으로, 공급된 결정질 재료 기판에 표면 아래 레이저 손상 영역을 형성하도록 구성된 레이저 처리 스테이션; 상기 레이저 처리 스테이션에 의해 처리된 상기 결정질 재료 기판을 수용하도록 배열되고 상기 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 상기 결정질 재료 기판을 파단하여 상기 결정질 재료 기판으로부터 제거된 결정질 재료 부분을 형성하도록 구성된 파단 스테이션;을 포함하고, 각각의 상기 결정질 재료 부분은 표면 손상을 포함하며, 파단 스테이션의 하류에 평행하게 배열되고 상기 결정질 재료 부분으로부터 상기 표면 손상의 제1 부분을 제거하도록 구성된 복수의 거친 연삭 스테이션을 포함하고, 복수의 상기 거친 연삭 스테이션의 적어도 제1 거친 연삭 스테이션 및 제2 거친 연삭 스테이션은 다른 결정질 재료 부분의 표면 손상의 제1 부분을 제거하기 위해 동시에 작동되고, 화학적 기계적 평탄화에 의한 추가 처리에 적합한 각각의 결정질 재료의 부분의 적어도 하나의 표면을 제공하기에 충분하며, 복수의 상기 거친 연삭 스테이션의 하류에 배열되고 표면 손상의 제2 부분을 제거하도록 구성되는 미세 연삭 스테이션을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 장치는 적어도 하나의 미세 연삭 스테이션의 하류에 배열되고 각각의 상기 결정질 재료 부분의 적어도 하나의 표면이 상기 화학적 기계적 평탄화에 의한 추가 처리에 적합하도록 구성되는 적어도 하나의 화학적 기계적 평탄화 스테이션을 더 포함한다.
어떤 실시예들에서, 상기 장치는 경사지거나 또는 둥근 가장자리 프로파일을 형성하기 위해 각각의 상기 결정질 재료 부분의 가장자리를 연삭하도록 구성된 적어도 하나의 가장자리 연삭 스테이션을 더 포함한다.
어떤 실시예들에서, 각각의 거친 연삭 스테이션은 5000 그릿 미만의 연삭 표면을 갖는 적어도 하나 이상의 연삭 휠을 포함하고, 적어도 하나 이상의 미세 연삭 스테이션은 적어도 5000 그릿 이상의 연삭 표면을 갖는 적어도 하나 이상의 연삭 휠을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 각각의 거친 연삭 스테이션은 각각의 결정질 재료 부분으로부터 20 미크론 내지 100 미크론의 결정질 재료의 두께를 제거하도록 구성되고, 각각의 미세 연삭 스테이션은 각각의 결정질 재료 부분으로부터 3 내지 15 미크론의 결정질 재료의 두께를 제거하도록 구성된다.
어떤 실시예들에서, 상기 레이저 처리 스테이션은 복수의 결정질 재료 기판에서 상기 표면 아래 레이저 손상 영역을 동시에 형성하도록 구성된다.
다른 양태에서, 전술한 양태들 중 임의의 것, 및/또는 여기에 설명된 바와 같은 다양한 개별 양태 및 특징이 추가적 이점을 위해 결합될 수 있다. 본원에 개시된 바와 같은 다양한 특징 및 요소들 중 임의의 것은 본원에 달리 나타나지 않는 한 하나 이상의 다른 개시된 특징 및 요소와 결합될 수 있다.
본 개시의 다른 양태, 특징 및 실시예는 이어지는 개시와 첨부된 청구범위로부터 더욱 완전하게 명백해질 것이다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 의해 얻어질 수 있는 기술적 이점은 다음을 포함할 수 있다: 와이어 소잉에 비해 감소된 결정질 재료 커프 손실; 와이어 소잉과 비교하여 결정질 재료 웨이퍼 및 결과 장치의 처리 시간 감소 및 처리량 증가; 기존의 레이저 후 파단 방법과 비교하여 생성된 반도체 웨이퍼의 휘어짐 감소; 기존의 레이저 후 파단 방법에 비해 소모성 액체 질소의 필요성 감소; 및 연삭재 제거(예를 들어, 연삭)에 의한 박화의 필요성을 감소시키면서 결정의 박층을 유도하는 향상된 능력.
본 명세서에 통합되고 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명의 여러 측면을 예시하고, 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 종래의 와이어 톱질 도구에 의해 얻어지며 와이어 톱질 공정을 거친 잉곳의 투시도를 제공하는 제1 프레임 및 와이어 톱질 공정에 의해 얻어진 다수의 웨이퍼의 투시도를 제공하는 제2 프레임을 포함하는 모습을 나타낸다.
도 2는 4H-SiC와 같은 육각형 결정에 대한 좌표계를 나타내는 제1 투시 결정 다이어그램 평면도이다.
도 3은 c-평면에 평행하지 않은 경사면 평면을 예시하는, 육각형 결정에 대한 제2 투시 결정 다이어그램 평면도이다.
도 4a는 c-평면에 대한 미사면 웨이퍼의 방향을 나타내는 웨이퍼 방향 사시도이다.
도 4b는 잉곳의 일부 위에 겹쳐진 도 4a의 미사면 웨이퍼의 단순화된 단면도이다.
도 5는 결정학적 배향 방향을 나타내는 중첩된 화살표가 있는 예시적인 SiC 웨이퍼의 평면도이다.
도 6a는 결정질 재료의 축상 잉곳의 측면 입면 개략도이다.
도 6b는 4도만큼 회전된 도 6a의 잉곳의 측면 입면 개략도로서, 잉곳의 단부 부분을 절단하기 위한 중첩 패턴이 있다.
도 6b는 c-방향에 수직이 아닌 단면을 제공하기 위해 단부 부분을 제거한 후의 잉곳의 측면 입면 개략도이다.
도 7은 표면하 손상을 형성하기 위해 결정질 재료의 내부에 레이저 방출을 집중시키도록 구성된 이동 가능한 레이저 도구의 개략적인 사시도이다.
그림 8A-8D는 결정질 재료 내에서 표면하 손상의 형성을 위한 결정질 재료에 대한 예시적인 레이저 공구의 이동 경로를 제공하며, 그림 8D는 결정질 재료의 육각형 결정의 [
Figure pct00014
] 방향에 대한 표면하 손상 라인의 방향을 나타내는 중첩된 화살표를 포함하고, 상기 라인은 결정질 재료의 표면에 평행한 모습을 나타낸다.
도 9는 표면 아래 레이저 손상을 갖고 중간에 배열된 접착 물질에 의해 강성 캐리어에 결합된 결정질 재료 기판을 포함하고 강성 캐리어와의 계면을 따라 결정질 재료의 둘레의 적어도 일부 주위에 노출된 접착 립을 포함하는 어셈블리의 개략적인 측단면도이다.
도 10a는 표면에 접착 물질이 결합된 강성 캐리어의 측단면 개략도이다.
도 10b는 도 10a의 강성 캐리어 및 접착 물질에 인접한 표면 아래 레이저 손상 영역을 가지는 결정질 재료 기판에 결합된 접착 물질을 포함하는 어셈블리의 개략적인 단면도이고, 도 9에 도시된 어셈블리와 유사하나 노출된 접착 립이 제공되지 않는 모습을 나타낸다.
도 10c는 도 10b의 어셈블리의 개략적인 단면도로서, 강성 캐리어의 표면이 액냉식 척 형태의 냉각 장치 상에 위치된 모습을 나타낸다.
도 10d는 강성 캐리어 및 기판으로부터 제거된 결정질 재료의 일부를 포함하는 결합된 어셈블리(액냉식 척 상단)로부터 분리된 결정질 재료 기판의 대부분의 개략 단면도이다. 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 결정질 재료.
도 10e는 상향 대면 표면을 따라 잔류 레이저 손상이 있는 액냉식 척으로부터 제거된 후의 도 10d의 결합된 어셈블리의 개략적인 단면도이다.
도 10f는 가열 진공 척에 의해 지지되는 결정질 재료 부분의 개략 단면도로서, 강성 캐리어 및 접착 물질은 접착 물질의 열 연화 및 이형 후에 결정 재료 부분으로부터 측방향으로 병진이동된다.
도 11은 액체 냉각제의 배스에 배열된 액냉식 척 형태의 냉각 장치 상의 도 10c에 따른 어셈블리의 개략적인 단면도다.
도 12는 액체 냉각제(예를 들어, 증발 냉각 시스템, 액체 질소 등으로부터 받은 메탄올)를 수용하도록 배열된 용기의 바닥 벽에 근접하게 배열된 진공 척을 포함하는 냉각 장치의 사시도이다.
도 13a-13E는 결정질 재료의 기판에 각각 결합된 상이한 형상의 캐리어를 포함하는 결합된 어셈블리의 평면도이다.
도 13f 및 13G는 각각 도 13d 및 13E의 접합된 어셈블리의 측단면 개략도를 제공한다.
도 14는 초음파 발생기의 액체 배스에 배열된 결정질 재료 및 캐리어와 함께, 표면 아래 레이저 손상을 갖고 강성 캐리어에 결합된 결정질 재료의 개략적인 단면도다.
도 15a 내지 도 15d는 캐리어의 적어도 일부에 굽힘 모멘트를 부여하기 위해 캐리어의 한 가장자리에 근접한 기계적 힘의 인가를 포함하는 표면 아래 레이저 손상을 갖는 결정질 재료를 파단하는 단계를 예시하는 개략적인 단면도다.
도 16a는 캐리어 부분에 굽힘 모멘트를 부여하기 위해 캐리어의 대향 가장자리를 따라 기계적 힘을 가함으로써 캐리어에 결합된 캐리어로 표면 아래 레이저 손상을 갖는 결정질 재료를 파단하기 위한 장치의 개략적인 단면도다.
도 16b는 도 16a의 장치를 사용하여 벌크 결정질 재료로부터 분리된 기판 및 강성 캐리어를 포함하는 결합된 어셈블리의 개략적인 단면도다.
도 17a-17D는 캐리어에 의해 지지된 기판의 표면을 통해, 캐리어 및 접착층을 통해 베어 기판으로 레이저 방출을 집중시킴으로써 결정질 재료의 기판에서 표면 아래 레이저 손상의 형성에 대한 개략적인 단면도다. 기판으로, 그리고 캐리어를 통해 기판으로 각각.
도 18a-18O는 디바이스 웨이퍼 분할 공정의 단계를 예시하는 횡단면 개략도로서, 이에 따라 두꺼운 웨이퍼가 결정질 재료로부터 파단되고, 적어도 하나의 에피택셜 층이 두꺼운 웨이퍼 상에 성장되고, 두꺼운 웨이퍼가 파단된다. 캐리어 및 두꺼운 웨이퍼로부터 분할된 얇은 웨이퍼를 각각 포함하는 제1 및 제2 결합된 어셈블리를 형성하고, 제1 결합된 어셈블리는 작동하는 반도체 기반 장치의 일부로서 적어도 하나의 에피택셜 층을 포함한다.
도 19는 표면 아래 레이저 손상을 생성하고 강성 캐리어를 결정질(예를 들어, SiC) 재료 잉곳에 결합한 후 캐리어 및 결정질 재료의 일부를 포함하는 결합된 어셈블리의 레이저 절단을 수행하는 단계를 개략적으로 도시한 순서도입니다. 공정의 시작 부분으로 잉곳 및 강성 캐리어를 복귀시키면서 결합된 어셈블리의 추가 처리 및 디바이스 웨이퍼 상의 에피택셜 층의 형성.
도 20은 레이저 손상 및 후속 표면 처리(예를 들어, 연삭 및 연삭)로 인한 예상 커프 손실 물질 영역을 식별하는 중첩된 파선으로 표면 아래 레이저 손상을 보여주는 도 19의 결정질 재료 기판의 일부의 개략적인 단면도이다.
도 21은 레이저 처리 스테이션, 재료 파쇄 스테이션, 병렬로 배열된 다수의 거친 연삭 스테이션, 미세 연삭 스테이션, 및 CMP 스테이션을 포함하는 일 실시예에 따른 재료 가공 장치의 개략도이다.
도 22는 도 21과 유사한 일 실시예에 따른 재료 처리 장치의 개략도이지만, 미세 연삭 스테이션과 거친 연삭 스테이션 사이에 가장자리 연삭 스테이션이 배치되어 있다.
도 23은 레이저 처리 스테이션, 재료 파쇄 스테이션, 병렬로 배열된 다수의 거친 연삭 스테이션, 미세 연삭 스테이션, 표면 코팅 스테이션, 가장자리 연삭 스테이션, 코팅 제거 스테이션 및 CMP 스테이션.
도 24a는 일 실시예에 따른 측벽에 수직이 아닌 단부면을 갖는 잉곳을 유지하기 위한 제1 장치의 개략적인 측단면도이다.
도 24b는 일 실시예에 따른 측벽에 수직이 아닌 단부면을 갖는 잉곳을 유지하기 위한 제2 장치의 개략적인 측단면도이다.
도 25는 사파이어에 대한 온도의 함수로서 선형 열팽창 계수를 플롯팅한 선형 차트이다.
도 26은 SiC에 대한 온도의 함수로서 선형 열팽창 계수를 플롯팅한 라인 차트이다.
도 27은 다양한 결정질 재료 및 금속에 대한 선형 열팽창 계수의 비교를 제공하는 막대 차트이다.
도 28은 3개의 그룹으로 분리된 다양한 재료에 대한 탄성 계수(영 계수) 값을 플롯팅한 다이어그램: (1) 금속 및 합금; (2) 흑연, 세라믹 및 반도체; 및 (3) 중합체.
본 개시의 양태는 캐리어(예를 들어, 강성 캐리어)가 제1깊이에서 표면 아래 레이저 손상을 갖는 결정질 재료의 표면에 결합되고, 결정질 재료가 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 파단되고 기판으로부터 제거된 결정질 재료의 일부분 및 캐리어를 포함하는 결합된 어셈블리를 제공하는 결정질 재료 처리 방법을 제공한다. 파단은 캐리어 위에 배열된 별도의 응력 생성층이 필요로하지 않고 수행된다. 웨이퍼를 형성하기 위해 잉곳으로부터 결정질 재료의 박층을 순차적으로 제거하기 위해 전술한 단계가 반복될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 캐리어는 결정질 재료를 포함한다. 어떤 실시예들에서, 강성 캐리어는 접착 결합에 의해 결정질 재료의 표면에 결합될 수 있고, 강성 캐리어는 적어도 20GPa 이상의 탄성 계수를 가질 수 있다. 접착 물질은 25℃(또는 여기에 명시된 다른 임계값)보다 큰 유리전이 온도(Tg)를 가질 수 있다. 웨이퍼를 구현할 수 있는 기판으로부터 제거된 결정질 재료의 일부는 그 부분이 결합된 어셈블리의 일부분으로 남아 있는 동안 추가 처리 단계를 거칠 수 있다. 어떤 실시예들에서, 결정질 재료의 파단은 (i) 캐리어의 적어도 하나의 가장자리에 근접한 위치에 기계적 힘(예를 들어, 선택적으로 하나 이상의 지점에 국부화됨)을 인가하여 적어도 캐리어의 일부분에 굽힘 모멘트를 인가하거나, (ii)캐리어가 결정질 재료보다 더 큰 열팽창 계수를 갖는 경우 캐리어를 냉각하는 단계; 및/또는 (iii) 결합된 어셈블리의 적어도 일부분에 초음파 에너지를 인가하는 것에 의해 촉진된다.
아래에 설명된 실시예는 당업자가 실시예를 수행하고, 실시예를 수행하기 위한 최상의 모드를 설명하는데 필요한 정보를 나타낸다. 첨부된 도면에 비추어 다음 설명을 읽을 때, 당업자는 본 발명의 개념을 이해하고 여기에서 특별히 다루지 않은 이러한 개념의 적용을 이해할 것이다. 이러한 개념 및 이의 응용은 본 개시 및 첨부된 청구범위의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어가 다양한 요소를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있지만, 이러한 요소는 이러한 용어에 의해 제한되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다. 이러한 용어는 한 요소를 다른 요소와 구별하는 데만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 나열된 관련 항목 중 하나 또는 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
층, 영역, 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "상에" 있거나 "상으로" 확장되는 것으로 언급될 때, 그것은 직접 다른 요소 상에 있거나 또는 직접 다른 요소 상으로 연장될 수 있거나 개재 요소가 존재할 수도 있는 것으로 이해될 것이다. 대조적으로, 요소가 "직접적으로 다른 요소 상에" 있거나 "직접적으로 다른 요소 상으로" 확장되는 것으로 언급되는 경우 개재 요소는 존재하지 않는다. 마찬가지로, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소의 "위에" 또는 "위로" 연장되는 것으로 언급될 때, 그것은 다른 요소에 위에 있거나 또는 직접 다른 요소 위로 연장될 수 있거나 개재 요소가 존재할 수도 있는 것으로 이해될 것이다. 대조적으로, 요소가 다른 요소 "직접적으로 위에" 또는 "직접적으로 위로" 확장되는 것으로 언급되는 경우 개재 요소가 존재하지 않는다. 또한, 구성요소가 다른 구성요소에 "접합된" 또는 "결합된" 것으로 언급될 때, 그것은 다른 구성요소에 직접 접합되거나 결합되거나 또는 개재하는 구성요소가 존재할 수도 있는 것으로 이해될 것이다. 대조적으로, 어떤 요소가 다른 요소에 "직접적으로 접합된" 또는 "직접적으로 결합된" 것으로 언급되는 경우에는 개재 요소가 존재하지 않는다.
"아래" 또는 "위" 또는 "위쪽" 또는 "아래쪽" 또는 "수평" 또는 "수직"과 같은 상대적인 용어는 도면에 도시된 바와 같이 한 요소, 층 또는 영역과 다른 요소, 층 또는 영역과의 관계를 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이들 용어 및 위에서 논의된 용어는 도면에 도시된 방향에 더하여 장치의 상이한 방향을 포함하도록 의도된 것으로 이해될 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 개시를 제한하려는 의도가 아니다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태의 용어는 문맥이 명백하게 달리 나타내지 않는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서의 용어 "구성되다", 구성되는", "포함하다" 및/또는 "포함하는"은 언급된 특징, 정수(integer), 단계, 작업, 요소 및/또는 구성요소의 존재를 지정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수(integer), 단계, 작업, 요소, 구성 요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 본 명세서 및 관련 기술의 맥락에서 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명시적으로 정의되지 않는 한 이상화되거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않음을 추가로 이해할 것이다.
본원에서 사용되는 "기판"은 실질적으로 동일한 측면 치수(예를 들어, 직경, 또는 길이 및 폭)를 갖는 2개 이상의 더 얇은 부분으로 분할될 수 있는 잉곳 또는 웨이퍼와 같은 결정질 재료를 지칭하거나, (i) 하나 이상의 결정질 재료 층의 에피택셜 증착을 지원하기 위해 표면 처리(예를 들어, 랩핑 및 연삭)되거나 선택적으로 (ii) 강성 캐리어로부터 분리되었을 때 독립형(free-standing)이 되기에 충분한 두께를 가지는 것을 지칭한다.
어떤 실시예에서, 기판은 일반적으로 원통형 형상을 가질 수 있고/있거나 다음 두께 중 적어도 나 이상의 두께를 가질 수 있다: 300 ㎛, 350 ㎛, 500 ㎛, 750 ㎛, 1 mm, 2 mm, 3mm, 5mm, 1cm, 2cm, 5cm, 10cm, 20cm, 30cm 또는 그 이상. 어떤 실시예에서, 기판은 2개의 더 박막 웨이퍼로 분할될 수 있는 두꺼운 웨이퍼를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 기판은 복수의 전기적으로 작동하는 장치를 갖는 디바이스 웨이퍼의 일부로서 그 위에 배열된 하나 이상의 에피택셜 층(선택적으로 하나 이상의 금속 접촉부와 함께)을 갖는 두꺼운 웨이퍼의 일부일 수 있다. 디바이스 웨이퍼는 본 발명의 양태에 따라 분할되어 박막 디바이스 웨이퍼 및 하나 이상의 에피택셜 층(선택적으로 하나 이상의 금속 접촉부를 가짐)이 후속적으로 형성될 수 있는 박막 제2 웨이퍼를 생성할 수 있다. 어떤 실시예에서, 기판은 150 mm 이상, 또는 200 mm 이상의 직경을 가질 수 있다.
본원에 개시된 방법은 단결정 및 다결정 변종 모두의 다양한 결정질 재료의 기판에 적용될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 본원에 개시된 방법은 입방체, 육각형 및 기타 결정 구조를 이용할 수 있고, 축상 및 축외의 결정학적 배향을 갖는 결정질 재료에 관한 것일 수 있다. 어떤 실시예에서, 본 명세서에 개시된 방법은 반도체 물질 및/또는 와이드 밴드갭 물질에 적용될 수 있다. 예시적인 물질은 Si, GaAs 및 다이아몬드를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 어떤 실시예에서, 상기 방법은 4H-SiC, 6H-SIC, 또는 III족 질화물 물질(예를 들어, GaN, AlN, InN, InGaN, AlGaN, 또는 AlInGaN)와 같은 육각형 결정 구조를 갖는 단결정 반도체 물질을 이용할 수 있다. 이하에서 설명되는 다양한 예시적인 실시예는 일반적으로 SiC 또는 4H-SiC를 구체적으로 언급하고 있으나, 임의의 적합한 결정질 재료가 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
다양한 SiC 폴리타입 중에서 4H-SiC 폴리타입은 높은 열전도도, 와이드 밴드갭 및 등방성 전자 이동도로 인해 전력 전자 장치에 특히 유용하다. 벌크 SiC는 축상(즉, c-평면으로부터 의도적인 각도 편차가 없어, 도핑되지 않은 또는 반절연 물질 형성에 적합함) 또는 축외(일반적으로 c-축과 같은 성장된 축에서 0도가 아닌 각도(전형적으로 0.5도에서 10도(또는 2도 내지 6도와 같이 그 이하)로 벗어나, N-도핑되거나 고전도성 물질을 형성하기에 적함함)로 성장될 수 있다. 본 명세서에 개시된 실시예는 축상 및 축외 결정질 재료뿐만 아니라 도핑된 결정질 몰질 및 비의도적으로 도핑된 결정질 재료에 적용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 특정 실시예는 1도 내지 10도의 범위, 또는 2 내지 6도의 범위, 또는 약 4도의 오프컷을 갖는 축상 4H-SiC 또는 미사면(축외) 4H-SiC를 이용할 수 있다.
도 6a 및 도 6c는 본 명세서에 개시된 방법과 함께 이용될 수 있는 잉곳 형태의 축상 및 축외 결정질 기판을 개략적으로 도시한다. 도 6a는 c-방향(즉, 4H와 같은 육각형 결정 구조 물질의 경우 [0001] 방향)에 수직인 제1 단면 및 제2 단면(16, 17)을 갖는 결정질 재료의 축상 잉곳(15)의 측입면 개략도이다. 도 6b는 단면(16, 17)에 근접한 잉곳(15)의 단부 부분을 절단 및 제거하기 위한 중첩 패턴(18)(점선으로 도시됨)과 함께 4도만큼 회전된 도 6a의 잉곳(15)의 측면 입면 개략도이다. 도 6c는 c-방향에 수직이 아닌 새로운 단면(16A, 17A)을 제공하기 위해 단부를 제거한 후, 도 6b의 잉곳(15)으로부터 형성된 축외 잉곳(15A)의 측면 입면 개략도이다.
표면 아래 레이저 손상을 형성하기 위해 잉곳(15)의 단면(16)을 통해 제1 깊이의 레이저 방출을 공급하면 단면(16)에 캐리어(미도시)가 결합되고, 잉곳(15)은 상기 표면 아래 레이저 손상을 따라 파단되고, 그런 다음 축상 웨이퍼가 형성된다. 반대로, 표면 아래 레이저 손상을 형성하기 위해 축외 잉곳(15A)의 단면(16A)을 통해 제1 깊이의 레이저 방출을 공급하면 캐리어(도시되지 않음)가 단면(16A)에 결합되고 잉곳(15A)은 상기 표면 아래 레이저 손상을 따라 파단되고, 그런 다음 축외 웨이퍼가 형성된다.
다양한 기판, 캐리어, 접착제 및 파단 기술이 여기에 개시되어 있지만, 원하는 분리를 위해 기판, 캐리어 및/또는 결합 방법의 다양한 순열에 따라 파단 기술(들)이 개별적으로 또는 파단 기술의 임의의 조합을 동시에 및/또는 순차적으로 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
캐리어의 속성
캐리어는 본 명세서에 개시된 바와 같이 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 결정질 재료를 분리하기 위한 다양한 캐리어를 이용한 방법과 함께 사용하기 위해 고려된다. 결정질 재료를 분리(즉, 파단)하기 위해 본 명세서에 개시된 상이한 방법의 관점에서, 바람직한 캐리어의 특성은 특정 파단 방법에 따라 다를 수 있다.
다양한 실시예는 강성 캐리어의 특징을 갖는 것에 관한 것이다. 어떤 실시예들에서, 분리될 결정질 재료에 근접한 적어도 일부 또는 강성 캐리어의 전체는 적어도 약 20 GPa 이상, 적어도 약 50 GPa 이상, 적어도 약 100GPa 이상, 적어도 약 200GPa 이상, 또는 적어도 약 300GPa 이상의 탄성 계수(즉, 영 계수)를 포함한다. 예를 들어, 사파이어의 탄성 계수는 345GPa이다. 탄성 계수는 고체 물질의 강성을 측정하는 기계적 특성이다. 일축 변형의 선형 탄성 영역에서 물질의 응력(단위 면적당 힘)과 변형률(비례 변형) 간의 관계를 정의한다.
종래의 방법(예를 들어, PDMS 또는 실리콘과 같은 저강성 계면 물질의 사용 및 저온 파단의 사용)과 비교하여 본원에 개시된 분리 방법의 개선된 결과에 대한 이유는 임의의 특정 이론에 얽매이지 않으며, 상대적으로 단단하거나 뻣뻣한(즉, 높은 탄성 계수를 가짐) 캐리어가 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 파단될 결정질 재료에 결합될 때 캐리어는 반복 가능한 결정질 재료 분리 결과를 제공하면서 웨이퍼의 휘어짐 및/또는 파손을 줄일 수 있다. 분리에 필요한 기계적 측면(예를 들어, 기계적, CTE 불일치 및/또는 초음파 수단) 외에도 캐리어는 분리 중 및 분리 후에 기계적 지지도 제공합니다. 이것은 분리된 결정질 재료가 강성 캐리어에 부착되고 지지된 채로 남아 있는 동안 연삭, 연마 등을 할 수 있기 때문에 분리 후 공정에 유용하다. 이는, 파단 이후에 하나 또는 그 이상의 분리 후 처리 단계를 수행하기 위해 웨이퍼를 강성 캐리어에 결합할 필요가 없도록 한다.
강성 캐리어가 접착제로 기판에 결합되는 경우, 어떤 실시예에서 캐리어는 일반적으로 반도체, 무기 물질, 금속, 준금속, 비금속, 세라믹, 결정질 재료(예를 들어, 단결정 또는 다결정 특성), 비정질 물질, 고분자 물질, 유리 및 복합 물질을 비롯한 더 넓은 범위의 물질을 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 캐리어는 다양한 통상적인 수단에 의해 함께 결합되거나 접합된 둘 이상의 물질을 포함할 수 있다. 당업자에 의해 인식될 수 있는 다른 물질이 사용될 수 있다.
강성 캐리어가 기판에 접착제로 접착 결합되는 것으로 제한되지 않는 경우, 보다 좁은 범위의 캐리어 물질이 바람직할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 강성 캐리어가 기판에 접착제로 접착 결합되는 것으로 제한될 필요가 없는 경우, 캐리어는 단결정 물질(예를 들어, 특성이 단결정 또는 다결정질), 반도체 물질, 세라믹 물질, 준금속, 무기 물질, 및 복합 물질을 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 강성 캐리어는 강성 캐리어에 결합된 결정질 재료의 표면 아래 레이저 손상 깊이의 1, 2, 3, 4, 또는 5배를 초과하는 두께를 가질 수 있다.
다양한 실시예에서, 강성 캐리어는 강성 캐리어에 결합된 (사전-분리된)결정질 재료의 두께보다 작거나, 같거나, 더 큰 두께를 가질 수 있다. 어떤 실시예에서, 강성 캐리어는 적어도 500㎛ 이상, 적어도 800㎛ 이상, 적어도 850㎛ 이상, 적어도 900㎛ 이상, 적어도 1mm 이상, 적어도 1.5mm 이상, 적어도 2mm 이상, 또는 적어도 3mm 이상의 두께를 가지고, 이전 범위는 선택적으로 1mm, 2mm, 3mm, 4mm 또는 5mm의 상한으로 제한될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 강성 캐리어는 0.5 내지 5 mm, 또는 0.5 내지 3 mm, 0.5 내지 2 mm, 0.8 내지 5 mm, 0.8 내지 3 mm, 0.8 내지 2 mm, 0.85 내지 5 mm, 0.9 내지 5 mm, 1 내지 4 mm, 1 내지 3 mm, 또는 1 내지 2 mm 범위의 두께를 가질 수 있다. 어떤 실시예에서, 강성 캐리어는 바람직하게는 그에 결합된 기판의 대응하는 치수만큼 크거나 초과하는 측면 범위(예를 들어, 직경, 또는 길이 및 폭)를 가질 수 있다. 적어도 결정질 기판의 직경보다 큰(또는 더 큰) 직경의 강성 캐리어를 제공하는 것은 본 명세서에 기판된 다양한 파단 공정 동안 파단의 개시를 용이하게 하는 것이다.
어떤 실시예에서, 강성 캐리어의 적어도 일부의 최대 길이 또는 최대 폭 중 적어도 하나는 기판의 대응하는 최대 길이 또는 최대 폭을 초과한다. 어떤 실시예에서, 강성 캐리어의 적어도 하나의 가장자리의 적어도 일부는 대응하는 적어도 하나 이상의 기판의 가장자리를 넘어 측방향으로 적어도 약 100 미크론 이상, 적어도 약 200 미크론 이상, 적어도 약 500 미크론 이상, 적어도 약 1 mm 이상, 또는 적어도 약 2 mm 이상 연장될 수 있다. 이러한 측면 겹침은 기계적 분리를 이용하는 실시예에서 특히 바람직할 수 있는데, 그 이유는 겹침이 파단을 시작하기 위해 강성 캐리어에 모멘트를 부여하기에 적합한 도구의 적어도 일부를 수용할 수 있기 때문이다. 어떤 실시예에서, 기판은 기판의 적어도 하나의 가장자리를 따라 노치 또는 플랫을 포함하고, 강성 캐리어의 가장자리의 적어도 일부(또는 적어도 하나의 가장자리)는 노치 또는 플랫을 넘어 측방향으로 연장된다.
단일 및 이중 캐리어를 포함하는 실시예가 본원에 개시되어 있다. 분리하고자 하는 기판이 얇아짐에 따라(예를 들어, 약 5mm 미만) 이중 캐리어가 실질적으로 필요하게 된다. 표면 아래 레이저 손상 영역에 근접하게 배열된 캐리어는 원위에 배열된 후면 캐리어와 구별되는 바와 같이 전면 캐리어로 지칭될 수 있다. 본 명세서에 개시된 특정 실시예에 따르면, 전면 캐리어는 특히 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 또는 그에 근접하여 결정질 재료의 분리를 촉진하도록 의도된다. 대조적으로, 후면 캐리어는 파쇄 공정 동안 기판의 분리를 촉진하기 위한 것이 아닙니다. 이러한 이유로, 캐리어와 기판 사이의 CTE 불일치가 표면하 손상 영역을 따라 기판의 파괴를 촉진하기 위해 사용될 때 후면 캐리어는 전면 캐리어와 다른 CTE를 가질 수 있습니다. 어떤 실시예에서, 후면 캐리어는 전면 캐리어보다 기판에 대해 더 적은 CTE 불일치를 가질 수 있다. 어떤 실시예에서, 후면 캐리어는 기판에 정합된 CTE 또는 거의 CTE일 수 있다.
결정질 재료에 대한 캐리어의 CTE 특성
어떤 실시예들에서, 제1 열팽창 계수 또는 CTE1을 갖는 강성 캐리어는 표면 아래 레이저 손상을 가지며 제2 열 팽창 계수 또는 CTE2를 갖는 결정질 재료의 표면에 결합되거나 접합되며, 여기서 원하는 온도(예를 들어, 25°C) 또는 원하는 온도 범위를 넘어 CTE1> CTE2이다. 그 후, 적어도 캐리어가 냉각되어, CTE 차이로 인해 캐리어가 결정질 재료보다 더 빠르게 크기가 축소되도록 한다. 이러한 차등 수축은 결정질 재료뿐만 아니라 캐리어에 응력(예를 들어, 전단 응력)을 생성하고, 이러한 응력은 결정질 재료가 표면 레이저 손상 영역을 따라 파단되도록 한다. 결합 사파이어 캐리어의 SiC 기판이 본 발명자들에 의해 광범위하게 테스트되었지만, CTE가 불일치하는 다른 물질 결합들은 본 발명의 이점을 이용하여 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
기판에 충분한 응력을 부여하기 위해, 본 명세서에 개시된 다양한 실시예에 따른 CTE 불일치 기판은 캐리어 물질의 기계적 특성(예를 들어, 탄성 계수)뿐만 아니라 캐리어 두께를 고려한다. 어떤 실시예에서, 강성 캐리어는 800 미크론을 초과하거나, 적어도 850 미크론 이상, 적어도 900 미크론 이상, 적어도 1 mm 이상, 적어도 1.5 mm 이상이거나 또는 본 명세서에 개시된 다른 임계값보다 큰 두께를 가질 수 있다.
CTE는 다양한 물질의 온도에 따라 달라질 수 있다. 결정질 재료의 CTE보다 더 큰 CTE를 갖는 강성 캐리어의 경우, 특정 실시양태에서 강성 캐리어는 원하는 온도(예를 들어, 25℃, 100°C, 200°C, 300°C, 0°C 및/또는 -100°C), 또는 원하는 온도 범위(예를 들어, -100°C 내지 300°C 범위, -100°C 내지 200°C 범위, -100°C 내지 100°C 범위, 0°C 내지 200°C 범위, 50°C 내지 150°C 범위, 또는 여기에 개시된 임의의 다른 적절한 온도 범위 또는 그 하위 범위)에 걸쳐 결정질 재료의 CTE보다 더 큰 CTE를 갖는 물질 포함할 수 있다.
어떤 실시예들에서, 강성 캐리어(결정질 재료 기판의 표면하 손상 영역에 근접하게 배열됨)의 CTE는 결정질 재료 기판의 CTE 보다 5배 미만, 약 4배 이하, 약 3배 이하, 약 2 배 이하, 약 1.5배 이하 더 크다. 어떤 실시예들에서, 강성 캐리어의 CTE는 결정질 재료 기판의 CTE보다 약 1.25 내지 약 4 범위의 곱셈 인자만큼 크다. 전술한 CTE 불일치 비율의 일부 또는 전부는 종래의 니켈 기반 또는 폴리머 기반 스폴링(spalling)(분리) 기술(본원의 배경 부분에서 설명된 것과 같은)에 사용되는 물질에 대한 CTE 불일치 비율 보다 훨씬 작은 것으로 여겨진다. 예를 들어, 니켈 또는 니켈 함유 금속(캐리어로 사용 가능)과 SiC(결정질 재료로 사용 가능) 간의 CTE 불일치 비율은 적어도 5 이상일 수 있으며, 폴리머와 SiC 간의 CTE 불일치 비율은 10 내지 100 이상일 수 있다.
표면하 손상을 갖는 결정질 재료의 CTE보다 큰 CTE를 갖고 이에 결합되는 강성 캐리어에 대한 설명이 있었으나, 어떤 실시예들에서는, 표면 아래 레이저 손상을 갖는 결정질 재료가 제1 강성 캐리어 및 제2 강성 캐리어 사이에 배열될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제1 강성 캐리어는 표면 아래 레이저 손상에 근접한 결정질 재료의 제1면에 결합되고, 제2 강성 캐리어는 제1면에 대향하고 표면 아래 레이저 손상으로부터 이격된 결정질 재료의 제2면에 결합된다. 어떤 실시예에서, 제1 강성 캐리어 및 제2 강성 캐리어는 둘 다 결정질 재료의 CTE를 초과하는 CTE 값을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 강성 캐리어는 결정질 재료의 CTE보다 큰 CTE를 갖는 반면, 제2 강성 캐리어는 결정질 재료의 CTE보다 작거나 같은 CTE를 갖는다. 예를 들어, 어떤 실시예에서, SiC 기판에 대한 전면 캐리어는 사파이어일 수 있으며, 이는 SiC에 대해 상당한 CTE 불일치를 나타내는 반면, 후면 캐리어는 CTE 캐리어에 대해 불일치가 없는 SiC일 수 있다. 대안적으로, SiC 웨이퍼용 전면 캐리어는 사파이어(SiC보다 더 큰 CTE를 가짐)일 수 있는 반면, 후면 캐리어는 SiC(SiC 웨이퍼에 대한 CTE 불일치가 없음)일 수 있다.
파단을 촉진하기 위해 CTE 불일치를 활용하는 어떤 실시예에서, 분리 후 결합된 어셈블리(즉, 캐리어 및 이에 결합된 파단된 기판 부분)의 휨을 줄이기 위해 원하는 분리를 가능하게 하는 데 필요한 최소한의 CTE 불일치를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. SiC 기판과 사파이어 캐리어를 사용할 때 150mm 직경의 SiC 웨이퍼에 대해 200미크론 정도의 휘어짐이 관찰되었다. 이러한 휘어짐의 수준은 연삭 동안 사용되는 진공 척에 의해 부과되는 기계적 힘과 가공 중에 결합된 어셈블리를 평평하게 하는 역할을 하는 연삭력 모두로 인해 연삭을 통해 쉽게 처리될 수 있는 범위 내에 있다. 대조적으로, 과도한 휘어짐은 선행 기술의 처리에서 직면하는 주요 문제이다.
결정질 재료에 캐리어의 결합(bonding) 또는 접합(joining)
표면하 손상을 따라 파단을 촉진하기 위해 표면하 손상이 있는 결정질 재료의 표면에 강성 캐리어를 결합하거나 접합하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다. 한 가지 방법은 접착 물질을 강성 캐리어의 근접한 표면에 적용하고, 접착제를 표면 아래 레이저 손상을 갖는 결정질 재료의 표면에 부착하고, 접착제를 경화(예를 들어, 캐리어/접착제/결정질 재료 스택을 상승된 온도 및 압력에 적용함)시키는 것을 포함할 수 있는 접착 결합을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 강성 캐리어와 표면 아래 레이저 손상을 갖는 결정질 재료 사이의 결합은 일시적으로 특정 조건(예를 들어, 실온) 동안 접착력을 유지하지만 제거 환경(condition)(예를 들어, 접착 물질이 흐르게 하기에 충분한 온도에서 및/또는 접착 물질을 약화시키거나 용해시키도록 구성된 화학 작용제에 노출시킴)에서는 접착력이 감소한다.
임시 결합 매체를 사용하면 결정질 재료가 캐리어에 결합되어 본원에 개시된 방법에 따라 파단이 가능하나(예를 들어, 저온에서의 열에 의한 파단, 기계적 힘의 인가에 의한 파단 및/또는 초음파 에너지 인가에 의한 파단), 강성 캐리어에 부착된 결정질 재료의 제거된 부분이 이후에 제거되도록 한다(선택적으로, 강성 캐리어에 부착된 동안 결정질 재료 부분에 대한 하나 이상의 다른 처리 단계의 수행 후에 수행한다). 본 발명의 다양한 실시양태와 함께 사용가능한 접착 물질에 대한 바람직한 특성은 결정질 재료의 파단을 유도하기 위해 사용되는 방법(들)에 부분적으로 의존할 수 있다.
임시 접착 결합 물질의 중요한 매개변수는 (a) 응집 강도, (b) 접착 강도, (c) 탄성 계수, (d) 유리전이 온도, 및 (e) 두께를 포함할 수 있다. 적절한 임시 접착 물질(예를 들어, 임시 접착제)는 캐리어와 결정질 재료 사이의 분리력을 효과적으로 전달하여 표면하 손상 영역을 따라 파단을 수행하기 위해 전술한 매개변수의 적절한 조합을 가져야 하며, 이러한 접착제 물질은 여전히 쉽게 제거되고 파괴되거나 또는 지정된 조건(예를 들어, 화학적 분해, 광자 분해, 열적 분해 등)에서 작용 불가할 수 있다. -바람직하게는 잔류물 제거를 위해 과도한 노력이 필요하지 않다.
응집 강도와 관련하여, 바람직한 접착 물질은 접착 물질이 완전성을 유지하고 표면 아래 레이저 손상을 갖는 결정 물질을 파단하는 데 필요한 힘을 받을 때 분리되지 않을 만큼 충분히 높은 응집 강도를 가져야 한다. 접착 물질의 접착 강도는 접착 물질이 표면 아래 레이저 손상을 갖는 결정 물질을 파괴하는 데 필요한 힘을 받을 때 주변 물질(예를 들어, 캐리어 또는 결정 물질)에 대한 접착력이 유지될 만큼 충분히 높아야 한다. 일부 접착 물질은 낮은 온도에서 감소된 접착 강도 및 응집 강도를 나타내므로 비교적 높은(warmer) 온도를 포함하는 파단 기술을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
접착 물질의 탄성 계수 및 두께와 관련하여, 바람직한 접착 물질은 적절한 양의 응력을 캐리어로부터 결정질 재료로 적절하게 전달하는 역할을 해야 하며, 접착 물질은 결정질 몰질의 파단을 일으키는 데 필요한 과도한 양의 응력을 흡수하지 않아야 한다. 이는 접착 물질에 의한 응력 흡수를 억제하면서 응력 전달을 촉진하기 위해 비교적 얇은 층에 존재하는 비교적 높은 모듈러스(즉, 상대적으로 딱딱한)의 접착 물질을 선호하는 경향이 있다.
유리전이 온도(Tg)와 관련하여, Tg 값이 낮을수록, 캐리어와 결정질 재료 간의 CTE의 불일치에 의존하여 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 결정질 재료의 파단(예를 들어, 자발적 파단)을 일으키기 위해 캐리어가 냉각되어야 하는 온도가 더 낮아진다. 예를 들어, 접착재의 Tg가 0°C이고 충분한 응력을 가하기 위해 70°C의 온도 변화가 필요한 경우 캐리어를 -70°C로 냉각해야 한다. 불행히도, 매우 낮은 온도에서 접착 물질 특성(응력 전달 효율 포함)이 저하될 수 있다. 따라서, 상대적으로 높은 Tg 값을 나타내는 접착 물질이 본 발명의 실시양태와 함께 사용하기에 바람직할 수 있다.
어떤 실시예들에서, 접착 물질은 고온 열압착 접합과 양립할 수 있는 접착제를 포함할 수 있다. 고온 열압착 접합의 경우, 매우 높은 온도 접착 결합 요건을 피하고 분리된 결정질 재료 부분/강성 캐리어 어셈블리가 실온에서 과도한 굽힘을 갖는 것을 방지하기 위해 낮은 유리전이 온도(Tg)를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 어떤 실시예에서, 접착 물질의 Tg가 너무 낮아서는 안되며, 특히, 냉각 시에 Tg가 교차하기 전에, Tg가 낮은 물질이 바람직하지 않게 지나치게 많은 기판/캐리어의 CTE 불일치 응력을 흡수할 수 있기 때문에, 결정질 재료의 파괴를 위해 기판/캐리어 CTE 불일치와 함께 냉각을 이용할 시에 그러하다. 고분자 물질의 유리전이 온도는 고분자가 단단한, 유리질 물질에서 부드러운, 고무질 물질로 전이되는 온도 영역이다.
어떤 실시예들에서, 접착 물질은 자외선(UV) 광에 의해 경화될 수 있는 접착제를 포함할 수 있다. 이러한 접착제의 경우, 상온(예를 들어, 약 25℃)에서 접착 결합이 형성될 수 있기 때문에 보다 높은 Tg를 사용할 수 있고, 이에 따라 상온에서 생성된 분리 물질의 잔류 응력을 최소화할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 결정질 재료의 파단을 발생시키기 위해 기판/캐리어 CTE 불일치와 함께 냉각을 이용하는 실시양태에서 실온에서 원하는 수준의 잔류 응력을 생성하기 위해 UV 경화성 접착 결합은 실온 이상에서 형성될 수 있다. 그러한 실시예에서, 이러한 잔류 응력은 캐리어와 이에 부착된 결정질 재료 부분 간의 CTE 불일치에 의한 분리를 달성하기 위해 요구되는 온도 차이를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.
상이한 접착 결합 및/또는 경화 공정을 고려하여, 파단을 발생시키기 위해 캐리어와 이에 접착된 결정질 재료 사이의 냉각 및 CTE 불일치를 이용하는 어떤 실시예들에서, 접착 물질은 약 25℃, 또는 25℃ 초과, 50℃ 초과, 75℃ 초과, 100℃ 초과, 또는 150℃ 초과의 유리전이 온도(Tg)를 가질 수 있다. 어떤 실시예들에서, 선행하는 하한 임계값은 위에서(적절한 경우) 약 250℃ 미만, 약 200℃ 미만, 약 150℃ 미만, 약 125℃ 미만, 또는 약 100℃ 미만의 상한 임계값에 의해 경계가 정해질 수 있다. 또한, 상이한 접착 결합 및/또는 경화 공정을 고려하여, 어떤 실시예들에서, 접착 물질은 50℃ 초과, 100℃ 초과, 150℃ 초과, 또는 200℃ 초과의 융점을 가질 수 있다.
어떤 실시예들에서, 접착 물질은 열가소성 접착제를 포함할 수 있다. 적어도 특정 열가소성 접착제는 바람직한 기계적 특성 및 접착 특성(상대적으로 높은 Tg, 높은 탄성 계수, 높은 응집 강도, 바람직한 캐리어 및 결정성 물질에 대한 높은 접착 강도, 및 원하는 온도 범위(예를 들어, 실온에 근접)에서의 경도)를 나타내며, 높은 온도로 가열되거나 용매에 노출될 때 여전히 쉽게 제거할 수 있다. 여기에 개시된 방법과 함께 사용하기에 적합할 수 있는 접착 물질의 예로는 BrewerBOND® 220, WaferBOND® HT-10.10 및 Brewer Science, Inc.(미국 미주리주 롤라)에서 상업적으로 입수 가능한 열가소성 접착제 및 Aremco Products(미국 뉴욕주 밸리 코티지)에서 상업적으로 입수 가능한 Crystalbond™ 509 열가소성 접착제와 같은 BrewerBOND® 305가 있다. 이러한 접착제에 대한 선택된 열 특성 및 기계적 특성 값은 아래 표에 나와 있다.
접착제 유리전이
온도(T g)) 		탄성계수
(Elastic
Modulus) 		경도 (Hardness) 열팽창
계수
(CTE)
BrewerBOND® 220 ~50°C ~1800MPa 70 MPa
WaferBOND® HT-10.10 ~60°C ~2400MPa 160 MPa 93 x 10-6 /°C
BrewerBOND® 305 ~75°C ~1500MPa n/a
Crystalbond™ 509 ~74°C ~9.5 MPa 73.2 (Shore D)
앞의 표에서, 첫번째 및 두번째 접착제의 박막에 대한 경도 값은 제조자에 의해 제공되었으며, 이러한 값은 일반적으로 파스칼(예를 들어, MPa 또는 GPa)로 표현된 값으로 나노-인덴터 방법을 사용하여 설정되으며, 반면에 네번째 접착제에 대한 경도 값은 Shore D 방법을 사용하여 출원인에 의해 결정된 경도계로 표현된다. 네번째 접착제에 대한 탄성 계수 값은 Shore D 경도계 값으로부터 출원인에 의해 계산되었다. Shore와 Young's modulus의 척도 사이에는 직접적인 이론적 관계는 없지만, 둘 사이를 변환하는 데 유용한 경험적으로 파생된 수학 공식이 있다. 출원인(Microsoft Excel 사용)이 사용한 공식은 "EXP((Durometer+50)*0.0235-0.6403)"이며, 여기서 Durometer는 Shore D 듀로미터 값을 나타낸다. 네번째 접착 물질(Crystalbond™ 509)에 대한 Shore D 듀로미터 값 73.2는 솔리드 트럭 타이어(약 50의 Shore D 값을 가짐)와 고밀도 폴리에틸렌 안전모(약 75의 Shore D 값을 가짐)에 대한 Shore D 듀로미터 값 사이에 있다. 또한, 네번째 접착 물질에 대한 Shore D 듀로미터 값은 측정된 50.51 및 54.25의 왁스(즉, NIKKA Seiko에서 시판되는 SHIFTWAX 7607 및 Galaxy Technologies에서 시판되는 Galaxy Wax)에 대해 측정된 Shore D 듀로미터 값보다 상당히 높아, 본 출원인에 의해 시험되었고 본 명세서에 기술된 열적으로 유도된 자발적 분리 방법 및 기계적으로 유도된 분리 방법을 사용하여 표면하 손상 영역을 따라 결정질 재료의 파단을 유도하기에 부적합한 것으로 결정되었다. 왁스 물질은 파단을 유도하기에 불충분한 응집 강도를 갖는 것으로 결정되었으며, 왁스 물질은 왁스 자체 내에서 분리되는 것으로 관찰되었다. 이것은 왁스가 다른 분자를 매우 강하게 붙잡지 않을 정도로 분자간 인력(London Forces)이 매우 약하다는 온라인 설명과 일치한다.본 발명을 검토한 후 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 상기 기재된 열가소성 물질 이외의 다른 접착제가 사용될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 접착 물질은 0℃ 초과, 5℃ 초과, 10℃ 초과, 20℃ 초과, 25℃ 초과, 30℃ 초과, 35°C 초과, 또는 적절한 더 높은 임계값의 유리 전이 온도를 가지는 것을 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 선행하는 하한 임계값은 위에서(적절한 경우) 약 250℃ 미만, 약 200℃ 미만, 약 150℃ 미만, 약 125℃ 미만의 또는 약 100℃ 미만상한 임계값에 의해 경계가 정해질 수 있다. 이러한 접착 물질은 극적으로 낮은 온도(예를 들어, -75°C 미만 또는 -100°C 미만, 액체 질소 또는 유사한 냉각제 필요한 온도)로 냉각할 필요가 없다. 액체 질소를 사용하여 -100℃ 미만의 매우 낮은 온도로 갈 때, 본 발명자들은 본 명세서에 앞서 개시된 열가소성 접착 물질을 사용하여 노출 시간에 따른 치명적인 접착 실패를 관찰하였다. 이러한 열가소성 물질은 매우 낮은 온도에서 균열 및 빙렬이 발생하는 것으로 보이며, 이는 극적으로 낮은 온도(예를 들어, -100°C 이하)를 피해야 함을 시사한다.
극적으로 낮은 온도로 냉각해야 하는 접착 물질의 한 부류는 -110℃ 내지 -140℃의 유리전이 온도(Tg) 범위를 갖는 실리콘(PDMS 포함)이다. 실리콘은 쉽게 제거하기 어려울 수 있다. 실리콘은 유리전이 온도 이상에서 매우 낮은 탄성 계수를 나타내지만, 물질이 유리전이 온도 아래로 냉각될 때 이러한 계수는 GPa 범위로 수십 배 변화한다. 본 발명자들은 캐리어를 약 -110°C의 온도로 냉각함으로써 CTE 불일치로 인한 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 자발적인 파괴를 유도하기 위해 SiC 잉곳과 사파이어 캐리어 사이의 결합 물질로서 실리콘을 테스트했다. 파단이 성공적으로 달성되지 않았다. 실리콘 물질은 사파이어 캐리어, 접착 물질 및 SiC 잉곳의 냉각 동안 응력 흡수제 역할을 했으며 실리콘의 Tg에 도달했을 때 캐리어와 결정질 재료 사이의 CTE 불일치가 불충분하게 높았다는 것을 이론화하였다. 사파이어 캐리어와 SiC 잉곳 사이의 CTE 불일치가 실온에서는 유의했지만 CTE 불일치는 -110°C의 저온에서는 상대적으로 미미한 값으로 감소했다. 즉, 실리콘이 효과적인 응력 전달 특성을 보인다고 가정하더라도, 초저온에 노출되는 것은 장치에 손상을 줄 수 있어 디바이스 웨이퍼를 분리하기 위해서는 초저온(예를 들어, 액체 질소 온도)을 피하는 것이 이롭다.
어떤 실시예들에서, 접착 물질은 에폭시와 같은 화학적 가교결합된 접착제를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 다중 부분, 반응성 촉매형 결합제(예를 들어, 2액형 에폭시)를 사용하여 강성 캐리어와 결정질 재료 기판을 접합할 수 있다.
임의의 적합한 두께의 접착 물질 층이 사용될 수 있지만, 어떤 실시예들에서, 접착 층이 비교적 얇을 수 있다(예를 들어, 약 100미크론 미만, 약 50미크론 미만, 약 40미크론 미만, 약 40미크론 미만, 약 30미크론 미만, 약 20미크론 미만, 또는 약 10미크론 미만(상기 상한 임계값 중 임의의 것은 적절한 경우 선택적으로 약 2미크론 이상, 약 5미크론 이상, 또는 약 10 미크론임)). 얇은 접착층을 제공하면 파단 동안 강성 캐리어와 결정질 재료 사이의 전단 응력의 보다 직접적인 전달을 촉진할 수 있으므로 파단을 완료하는 데 필요한 힘과 시간을 줄일 수 있다. 그러나 최적의 접착제 두께는 다중 접착제의 탄성 계수, 접착 방법, 분리 기술 등과 같은 여러 요인에 따라 달라질 수 있다.
강성 캐리어와 결정질 재료를 결합하는 데 사용할 수 있는 다양한 유형의 접착제의 존재를 고려하면 다양한 접착제 결합 방법이 사용될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 열압축(고온에서 압축력의 적용을 포함함)이 사용될 수 있다. 한 예에서, 180°의 온도에 노출되는 동안 강성 캐리어(예를 들어, 단결정 사파이어)에 접착제로 부착된 150mm 직경의 결정질 재료 기판(예를 들어, 4H SiC)에 1800N 내지 3000N의 힘이 가해질 수 있다. 어떤 실시예에서, 강성 캐리어와 결정질 재료 기판 사이의 UV 경화성 접착제 물질에 대한 UV 방출광의 충돌 동안 압축력이 가해질 수 있다. 액체 또는 유동성 결합 매체가 사용될 때, 어떤 실시예에서 결합 매체는 결합 중 압착 시 결정질 재료 기판의 측벽(강성 캐리어의 근접한 표면을 따라) 위로 부분적으로 연장되어 접합 매체의 적어도 일부(또는 전체) 주위에 주변 립을 형성할 수 있고, 여기서 이러한 주변 립은 기판과 캐리어 사이의 결합 강도를 약간 증가시키는 역할을 할 수 있다.
어떤 실시예에서, 플라즈마 활성화 양극 결합 또는 임의의 다른 적절한 양극 결합 공정을 사용하여 강성 캐리어와 결정질 재료 기판을 결합할 수 있다. 결정질 재료 기판과 캐리어 사이의 양극 결합에 관한 세부 사항은 미국 특허 출원 공개 번호 2016/0189954에 개시되어 있으며, 이러한 공개의 내용은 모든 목적을 위해 본원의 참조로 포함된다.
어떤 실시예들에서, 접착을 용이하게 하기 위해, 강성 캐리어 및/또는 결정질 재료의 근접한 표면은 결합(예를 들어, 접착 결합 포함) 전에 임의의 적합한 방법에 의해 조면화되거나(roughened), 텍스처링되고(textured)/되거나 표면이 활성화될 수 있다. 수행될 수 있는 표면 처리의 예는 마이크로패터닝(micropatterning), 기계적 마모, 화학적 에칭, 반응성 이온 에칭, 및 플라즈마 처리를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 어떤 실시예에서, 강성 캐리어는 미세패턴화된 표면을 갖는 단결정 사파이어를 포함할 수 있다.
어떤 실시예들에서, 강성 캐리어는 캐리어에 부착된 결정질의 부분(이전에 분리된)을 제거하는 것이 바람직할 때 결합 해제를 용이하게 하도록 구성된 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다. 이러한 특징의 예는 강성 캐리어의 근접한 표면에 근접하게 배열되고/되거나 유체 연통을 허용하는 구멍들 또는 공동들을 제공하기 위한 천공들 및/또는 미세 패턴화된 표면들을 포함할 수 있다.
결정 물질의 부분(이전에 분리된)과 강성 캐리어 사이의 탈결합을 촉진하기 위해 다양한 공정이 사용될 수 있다. 어떤 실시예에서, 열적, 기계적, 화학적, 및/또는 광자 결합 해제가 사용될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 접착 결합 해제는 열적 슬라이드 오프(slide-off)에 의해 수행될 수 있으며, 이는 강성 캐리어가 제자리에 고정되고(예를 들어, 진공 척에 의해 유지됨) 외부 전단 응력이 결정질 재료의 일부에 인가되어 그 부분이 강성 캐리어로부터 측면으로 미끄러지도록 하는 동안 접착 물질이 연화 및/또는 유동하게 하기에 충분한 온도로 접착 결합된 어셈블리를 가열하는 것을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 접착제는 UV-흡수 물질을 함유할 수 있고, 이에 의해 분리 이후 접착제에 대한 UV 방출광의 충돌은 결정질 재료 부분과 캐리어 사이의 접착제의 열화(예를 들어, 가열에 의해)를 야기하여 결정질 재료 부분이 제거되도록 하는 데 사용될 수 있다. 접착제의 화학적 제거는 접착력을 감소시키고/시키거나 접착 물질을 용해시키기에 충분한 임의의 적합한 화학제(들)를 사용할 수 있다. 화학적 분리(de-bonding)가 사용되는 경우, 하나 이상의 접근 개구(예를 들어, 천공)가 캐리어에 제공되어 화학물질(들)이 접착 물질과 접촉할 수 있게 할 수 있다.
표면 아래 레이저 손상 형성
결정질 재료에서 레이저 표면하 손상을 형성하기 위한 도구는 당업계에 공지되어 있으며 Disco Corporation(일본 도쿄)과 같은 다양한 제공자로부터 상업적으로 입수할 수 있다. 이러한 도구는 레이저 방출광이 결정질 재료 기판의 내부에 집중되도록 하고 기판에 대한 레이저의 측면 이동을 가능하게 한다. 전형적인 레이저 손상 패턴은 결정질 재료 기판 내의 깊이에서 서로에 대해 측방향으로 이격된 평행선의 형성을 포함한다. 초점 깊이, 레이저 출력, 변환 속도 및 표면하 손상 라인 간격과 같은 매개변수는 레이저 손상을 부여하기 위해 조정될 수 있지만 특정 요인의 조정에는 절충이 포함된다. 레이저 출력을 높이면 파단의 용이성을 증가시킬 수 있는 더 큰 표면하 손상을 주는 경향이 있지만(예를 들어, 파단을 완료하는 데 필요한 응력을 줄임으로써) 더 큰 표면하 손상은 파단에 의해 노출된 표면을 따라 표면 불규칙성을 증가시켜 충분히 매끄러운 표면을 만들기 위한 추가적인 공정(예를 들어, 전자 창치에 결합되기 위해)을 필요로한다. 표면 아래 레이저 손상 라인 사이의 측면 간격을 줄이면 파단이 쉬워질 수 있지만 레이저 손상 라인 사이의 간격을 줄이면 기판과 레이저 사이의 병진 방향 패스 수가 증가하여 도구 스루풋(throughput)이 감소한다.
도 7은 표면하 손상(40)을 형성하기 위해 결정질 재료(30)의 내부 내에 레이저 방출광을 집중시키도록 구성된 레이저 도구(29)의 일 예의 개략적인 사시도이다. 결정질 재료(30)은 상부 표면(32) 및 대향하는 하부 표면(34)을 포함하고, 하부 표면 손상(40)은 상부 표면(32)과 하부 표면(34) 사이의 결정질 재료(30)의 내부에 형성된다. 결정질 재료가 SiC를 포함하는 경우, 레이저 방출광은 상부 표면(32)은 C-종결 표면을 향할 수 있다. 레이저 방출광(36)은 렌즈 어셈블리(35)로 집속되어 집속 빔(38)을 생성하며, 그 초점은 결정질 재료(30)의 내부에 있다. 이러한 레이저 방출광(36)은 표면 아래의 목표 깊이에 집중되는 것을 허용하기 위해 결정질 재료(30)의 밴드갭 아래의 파장으로 임의의 적절한 주파수(일반적으로 나노초, 피코초 또는 펨토초 범위) 및 빔 강도로 펄스화될 수 있다. 초점에서 빔 크기와 짧은 펄스 폭은 표면하 손상을 형성하는 매우 국부적인 흡수를 초래하기에 충분히 높은 에너지 밀도를 초래한다. 렌즈 어셈블리(35)의 하나 이상의 특성은 집속 빔(38)의 초점을 결정질 재료(30) 내에서 원하는 깊이로 조정하도록 변경될 수 있다. 렌즈 어셈블리(35)와 결정질 재료(30) 사이의 상대적인 측방향 운동(예를 들어, 측방향 병진운동)은 점선(42)으로 개략적으로 예시된 바와 같이 원하는 방향으로 표면 아래 손상(40)을 전파하도록 영향을 받을 수 있다. 이러한 측방향 이동은 도 8a 내지 도 8d에 예시된 바와 같이 다양한 패턴으로 반복될 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 결정질 재료 내의 표면하 손상의 형성을 위한 결정질 재료에 대한 레이저 도구의 예시적인 이동 경로를 제공한다. 어떤 실시예에서, 레이저 도구 부분(예를 들어, 렌즈 어셈블리를 포함함)은 결정질 재료가 정지해 있는 동안 이동하도록 구성될 수 있고; 다른 실시예에서, 레이저 도구 부분은 고정된 상태로 유지되는 반면 결정질 재료는 도구 부분에 대해 이동될 수 있다. 도 8a는 제1 결정질 재료(50A) 내에서 측방향으로 이격된 평행선의 패턴으로 표면하 손상을 형성하기에 적합한 y-방향 선형 스캐닝 이동(52)을 도시한다. 도 8b 제2 결정질 재료(50B) 내에서 측방향으로 이격된 평행선의 제2 그룹과 교차하는 측방향으로 이격된 평행선의 제1 그룹의 패턴에서 표면하 손상을 형성하기에 적합한 y-방향 및 x-방향 선형 스캐닝 이동(52, 54)을 도시한다. 도 8c는 제3 결정질 재료(50C) 내에서 동심원 패턴으로 표면하 손상을 형성하기에 적합한 원형 이동(56)을 도시한다.
도 8d는 결정질 재료(50D)을 통해 분포된 평행한 표면 아래 레이저 손상선을 형성하기에 충분한 결정질 재료(50D)의 전체 표면 위(및 그 너머)의 y-방향 선형 스캐닝 이동(56)을 도시하며, 손상선은 결정질 재료(50D)의 육각형 결정 구조의 [
Figure pct00015
] 방향에 수직이다. 원하는 경우 다른 표면하 손상 패턴(예를 들어, 나선, 벌집, 헤링본 등)이 형성될 수 있다.
어떤 실시예들에서, 본원에 개시된 바와 같은 결정질 재료 처리 방법은 다음 항목 및/또는 단계의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 제2 캐리어 웨이퍼는 결정질 재료 기판(예를 들어, 잉곳)의 바닥면에 부착될 수 있다. 그 후, 레이저 에너지를 전달하기 위한 표면을 준비하기 위해 약 5 나노미터 미만의 평균 표면 거칠기 Ra를 제공하도록 결정질 재료 기판의 상면이 연삭 또는 연마된다. 그 다음 레이저 손상은 결정질 재료 기판 내의 원하는 깊이 또는 깊이들로 부여될 수 있으며, 레이저 손상 자취의 간격 및 방향은 선택적으로 결정질 재료 기판의 결정 방향에 의존한다. 제1 캐리어는 결정질 재료 기판의 상면에 접합된다. 제1 캐리어에 접합된 식별 코드 또는 다른 정보는 결정질 재료 기판으로부터 유도될 웨이퍼와 연관된다. 대안적으로, 레이저 마킹은 분리 전에 웨이퍼(캐리어가 아님)에 적용되어 제조 중 및 제조 후에 웨이퍼의 추적성을 용이하게 할 수 있다. 그 다음, 결정질 재료 기판은 제1 캐리어에 결합된 결정질 재료 기판의 일부 및 제2 캐리어에 결합된 결정질 재료 기판의 나머지 부분을 제공하기 위해 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 파단된다(본 명세서에 개시된 하나 이상의 방법을 사용하여). 결정질 재료 기판의 제거된 부분과 결정질 재료 기판의 나머지 부분은 모두 매끄럽게 연삭되며 잔여 표면 아래 레이저 손상을 제거하기 위해 필요에 따라 세정된다. 결정질 재료 기판의 제거된 부분은 캐리어로부터 분리될 수 있다. 그 후, 결정 물질 기판의 나머지를 사용하여 프로세스가 반복될 수 있다.
SiC 웨이퍼의 와이어 톱질은 일반적으로 웨이퍼 당 적어도 약 250미크론의 커프 손실을 수반하지만, 본원에 개시되고 SiC에 적용된 레이저 및 캐리어를 이용한 분리 방법은 웨이퍼 당 80 내지 140미크론 범위의 커프 손실을 달성할 수 있다.
도 9는 표면 아래 레이저 손상(66)을 갖고 접착 물질(68)의 중간에 배열된 층으로 강성 캐리어(72)에 결합된 결정질 재료 기판(60)을 포함하는 어셈블리(58)의 개략적인 측단면도이다.
어셈블리(58)는 본원에 개시된 임의의 또는 그 이상의 방법을 이용하여 표면 아래 레이저 손상(66)을 따라 결정질 재료 기판(60)을 파단함으로써 표면 아래 레이저 손상(66)을 따라 결정질 재료 기판(60)의 일부의 제거를 촉진하기에 적합하다. 결정질 재료 기판(60)은 접착 물질(68)에 근접한 제1면(62)을 포함하고, 대향하는 제2면(64)을 포함하며, 표면 아래 레이저 손상(66)은 제2면(64)보다 제1면(62)에 더 가깝다. 강성 캐리어(72) 또한 접착 물질(68)에 근접한 제1면(73) 및 제1면(73)에 대향하는 제2면(74)을 포함한다. 접착 물질(68)은 결정질 기판(60)의 제1면(62)과 강성 캐리어(72)의 제1면(73) 사이에서 연장된다. 도시된 바와 같이, 노출된 접착 립(70)은 결정질 재료 기판(60)의 제1면(62)에 근접한 결정질 재료 기판(60)의 둘레의 적어도 일부(또는 선택적으로 전체) 주위에 제공된다. 어떤 실시예에서, 강성 캐리어(72)는 원하는 온도 범위에 걸쳐 결정질 재료 기판(60)의 CTE보다 더 큰 CTE를 갖는 물질을 포함하고, 결정질 재료(60)의 파단은 적어도 강성 캐리어(72)(또는 캐리어 및 기판(60))를 저온 매체(예를 들어, 냉각 액체) 또는 저온 조건에 노출시킴으로써 개시될 수 있다.
캐리어/기판 CTE 불일치를 이용한 강성 캐리어의 냉각에 의한 파단
도 10a 내지 도 10f는 결정질 재료에 결합된 CTE 불일치 강성 캐리어를 이용하는, 본원의 일 실시예에 따른 반도체 처리 방법의 단계들을 예시한다. 도 10a는 강성 캐리어(72)의 제1면(73)에 접합된 접착 물질층(68)을 갖고 제1면(73)에 대향하는 제2면(74)을 갖는 강성 캐리어(72)의 측단면 개략도이다. 제1면(73)에 대한 접착을 촉진하기 위해, 이러한 표면은 접착 물질(68)의 적용 전에 에칭될 수 있다(예를 들어, 반응성 이온 에칭에 의해). 접착 물질(68)은 스핀 코팅, 분무, 침지, 롤링 등과 같은 임의의 적절한 방법에 의해 도포될 수 있다.
도 10b는 내부에 표면 아래 레이저 손상 영역(66)을 갖는 결정질 재료 기판(60)에 결합된 도 10a의 강성 캐리어(72) 및 접착 물질(68)을 포함하는 어셈블리(58')의 개략적인 단면도다. 도시된 바와 같이, 강성 캐리어(72)는 결정질 재료 기판(60)보다 더 큰 직경 또는 측방향 치수를 갖는다. 도 10b의 어셈블리(58')는 도 9에 도시된 것과 유사하지만 도 9에 도시된 노출된 접착 립이 없다. 계속해서 도 10b를 참조하면, 결정질 재료 기판(60)은 접착 물질(68)에 근접한 제1면(62)을 포함하고, 제1면(62)에 대향하는 제2면(64)을 포함하며, 표면 아래 레이저 손상(66)은 기판(60)의 제2면(64)보다 제1면(62)에 더 가깝다. 강성 캐리어(72)는 또한 접착 물질(68)이 결정질 기판(60)의 제1면(62)과 강성 캐리어(72)의 제1면(73) 사이에서 연장되도록 접착 물질(68)에 근접한 제1면(73)을 포함한다. 접착 물질(68)은 선택된 접착 결합 방법(예를 들어, 고온 열압착 접착 결합, 압축 보조 UV 결합, 화학적 반응성 접착 결합 등)의 요건에 따라 경화될 수 있다. 결정질 재료 기판(60)의 제2면(64)이 노출된 것으로 도시되어 있지만, 어떤 실시예들에서, 제2 캐리어는 선택적으로 기판(60)보다 더 넓지 않고/하거나 기판(60)과 CTE 정합되며(matched), 제2 캐리어(미도시)가 기판(60)의 제2면(64)에 (일시적으로 또는 영구적으로) 접합될 수 있다.
도 7c는 냉각 액체를 수용하도록 구성된 냉각 진공 척(76) 형태의 냉각 장치의 지지 표면(78) 상에 강성 캐리어(72)의 제2면(74)을 위치시킨 후의 도 10b의 어셈블리의 개략적인 단면도이다. 강성 캐리어(72)와 냉각 진공 척(76) 사이의 접촉은 강성 캐리어(72)로부터 냉각 진공 척(76)으로 열이 전달되도록 하여 강성 캐리어(72)가 빠르게 냉각되도록 한다. 이러한 냉각 과정 동안, 강성 캐리어(72)는 결정질 재료 기판(60)보다 더 큰 정도로 측방향으로 수축하여 결정질 재료 기판(60)에 전단 응력을 가한다.
강성 캐리어(72)를 결정질 재료 기판(60)에 결합하는 접착 물질(68)(접착층) 근처의 표면 아래 레이저 손상(66)의 존재로 인해, 기판(60)에 대한 전단 응력의 인가는 결정질 재료가 표면 아래 레이저 손상 영역(66)을 따라 또는 이에 근접하여 파괴되도록 한다.
어떤 실시예에서, 냉각 진공 척(76)은 강성 캐리어(72)의 직경보다 작은 직경을 갖는다. 측면(즉, 중심에서 가장자리로) 및 수직 방향(즉, 결정질 재료 기판(60)에서 강성 캐리어(72)로) 모두에서 온도 차이를 생성하기 위해, 도 10c의 어셈블리의 냉각은 강성 캐리어(72)의 제2면(74)에서만 요구되며, 또한 강성 캐리어(72)의 중앙 부분에 걸쳐서만 요구될 수 있다는 것이 밝혀졌다.
냉각 진공 척(76)에 냉각 액체가 공급될 수 있지만, 결정질 재료 기판(60)의 열 유도 파괴를 성공적으로 완료하기 위해 강성 캐리어(72)가 액체 질소 온도(-160°C)에 도달할 필요는 없다. -70°C로 유지되는 냉각 척을 사용하여 결정질 사파이어 기판에 의해 지지되는 단일의 SiC 물질을 파단할 때 유리한 분리 결과가 얻어졌다. 이러한 온도는 2상 펌프식 증발 냉각 시스템에서 받은 액체 메탄올(-97°C에서 어는점 이상에서 유동성을 유지함)과 같은 다양한 냉각 액체를 사용하여 유지될 수 있다. 캐리어, 접착제 및 기판을 -20°C로 유지되는 냉동 장치에서 냉각함으로써 유리한 분리 결과를 얻었으며, 이러한 온도는 단일상 증발 냉각 시스템을 사용하여 유지될 수 있다. 액체 질소 대신 단상 증발 냉각 시스템 또는 2상 펌프식 증발 냉각 시스템을 사용할 수 있어 운영 비용이 크게 절감된다.
도 10d는 강성 캐리어(72), 접착 물질(68), 및 결정질 재료(80)의 일부를 포함하는 결합된 어셈블리(냉각 진공 척(76) 상부)로부터 분리되며, 강성 캐리어(72), 접착 물질(68), 및 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 결정질 재료의 파단 후에 기판(60A)의 나머지로부터 제거된 결정질 재료(80)의 일부를 포함하는 결정질 재료 기판(60A)의 나머지 부분의 개략 단면도이다.
결정질 재료 기판(60A)의 나머지는 제2면(64)에 대향하는 새로운 제1면(63)(잔여 레이저 손상(66A)을 가짐)에 의해 경계가 정해진다. 그에 상응하게, 결정질 재료(80)의 제거된 부분은 제1면(62)에 대향하는 새로운 제2 면(82)(잔여 레이저 손상(66B)을 가짐)에 의해 경계가 정해진다. 그후, 강성 캐리어(72), 접착 물질(68), 및 결정질 재료(80)의 제거된 부분을 포함하는 결합된 어셈블리(85)는 냉각 진공 척(76)으로부터 제거될 수 있다.
도 10e 냉각 진공 척(76)으로부터 제거된 후 도 10d의 결합된 어셈블리(85)의 개략적인 단면도이다. 강성 캐리어(72)에 부착된 결정질 재료(80)의 제거된 부분을 유지하는 것은 유리하게도 결정질 재료(80)의 제거된 부분에 대한 기계적 지지를 제공하여 잔류 레이저 손상(66B)을 제거하고 결정질 재료(80)의 원하는 두께를 달성하기 위한(예를 들어, 연삭을 이용하거나, 선택적으로 CMP(Chemical Mechanical Planarization) 및/또는 다양한 연마 단계를 이용) 하나 이상의 표면 처리 단계(예를 들어, 연삭, 연마 등)가 새로운 표면(82)에 수행될 수 있게 한다. 어떤 실시예에서, 레이저 손상 제거 및 박형화는 2000 그릿 연삭 패드 및 7000 그릿 연삭 패드를 사용한 순차적 연삭/연마 작업, 및 후속 작업(예를 들어, 표면 주입)을 위해 새로운 표면(82)을 준비하기 위한 임의의 적절한 연마 및 세정 단계를 포함할 수 있다(예를 들어, 표면 주입, 레이저 마킹(예를 들어, 웨이퍼 평면에 근접하게), 에피택셜 층의 형성, 금속화 등).
도 10f는 가열 진공 척(86)의 상부 표면(88)에 의해 지지되는 결정질 재료(80)의 제거된 부분의 개략적인 단면도로서, 강성 캐리어(72) 및 접착 물질(68)은 상승된 온도에서 연화되고 접착 물질(68)의 방출(release) 후에 결정질 재료의 제거된 부분으로부터 측방향으로 병진이동된다. 즉, 가열 진공 척(86)을 접착 물질(68)를 연화 및/또는 유동하기에 충분한 온도로 가열하여, 강성 캐리어(72)의 제2면(74)에 외부 전단 응력이 가해질 때, 강성 캐리어(72)가 가열 진공 척(86)에 의해 제자리에 일시적으로 유지되는 결정질 재료(82)의 제거된 부분으로부터 측방향으로 병진이동하는 것이 허용된다. 그 후, 가열 진공 척(86)이 비활성화될 수 있으며, 결정질 재료(82)의 제거된 부분은 자립(free-standing) 물질을 구현한다. 원하는 경우, 접착제(68)로부터의 임의의 잔류물은 강성 캐리어(72)의 제1면(73)으로부터 제거되고 세정될 수 있고, 강성 캐리어(72)는 선택적으로 다른 파단 작업을 위해 재사용될 수 있다. 그 다음 제거된 결정질 재료는 하나 이상의 에피택셜 층의 증착을 위한 성장 기판으로서 사용될 수 있고 소자 웨이퍼로부터 금속 층을 전도한 다음 개별 반도체 소자를 형성하기 위해 싱귤레이팅(singulated)될 수 있다.
어떤 실시예들에서, 냉각 척은 적절한 CTE 불일치 강성 캐리어에 의해 지지(support)되는 결정질 재료의 기판의 열-유도 파단을 달성하기 위해 냉각제 배스(예를 들어, 액체 질소 또는 펌핑된 증발 냉각 시스템으로부터 수용된 메탄올과 같은 다른 냉각제 액체의 배스) 내에 배치될 수 있다.
도 11은 냉각액(예를 들어, 펌핑된 증발 냉각 시스템에서 받은 메탄올 또는 액체 질소)의 배스(bath)에 배열된 냉각 척(76A) 형태의 냉각 장치 상의 도 10c에 따른 어셈블리의 개략적인 단면도다. 접착 물질(68)는 강성 캐리어(72)와 기판(60)의 대향하는 제2면(64)보다 제1면(62)에 더 가까운 표면 아래 레이저 손상 영역(66)을 갖는 결정질 재료 기판(60) 사이에 배열되며, 제1면(62)은 접착 물질(68)과 접촉한다.
강성 캐리어(72)는 접착 물질(68)와 접촉하는 제1면(73) 및 냉각 척(76A)의 지지 표면(78A)과 접촉하도록 배열되며 제1면(73)에 대향하는 제2면(74)을 포함한다. 냉각 척(76A)은 강성 캐리어(72)의 직경보다 더 작은 직경을 갖는다. 냉각 척(76A)은 냉각 척(76A)의 온도를 냉각제 온도 또는 그 근처로 낮추기에 충분한 냉각제 배스(예를 들어, 액체 질소 배스)내에 배열된다. 어떤 실시예에서, 냉각 척(76A) 및 냉각제 배스(79)는 밀폐 가능한 절연 용기(도시되지 않음) 내에 배열될 수 있으며, 이에 의해 용기는, 접착 물질(68)이 부착된 강성 캐리어(72) 및 표면 아래 레이저 손상(66)을 갖는 결정질 재료 기판(60)이, 표면 아래 레이저 손상 영역(66)을 따라 단결정 물질 기판(60)의 빠른 파괴를 위해 냉각 척(76A)과 접촉하도록 배치되는 것을 허용하기 위해 선택적으로 개방된다.
도 12는 열 전도성 스페이서(98)(예를 들어, 알루미늄 레일)에 의해 바닥 벽(96) 위에 지지된 척(100)과 함께 바닥 벽(96)에 의해 경계를 이루는 원통형 측벽(94)을 갖는 용기(92)를 포함하는 냉각 장치(90)의 사시도이다. 척(100)이 공작물에 흡입을 적용하기에 충분한 유형이지만, 냉각 작업 중에 진공 흡입 기능(진공 소스에 접합되도록 구성된 흡입 포트(102) 및 척 상부 표면(106)을 따라 배열된 천공(104)에 의해 제공됨)이 제공될 필요는 없다. 사용 시, 냉각 액체는 스페이서(98)와 접촉하도록 용기(92)에 공급될 수 있지만, 반드시 척(100) 자체의 전체 폭일 필요는 없다. 열은 열 전도성 스페이서(98)를 통해 척(100)으로부터 냉각 액체로 전달될 수 있다. 실험에서, 도시된 디자인에 따른 진공 척(100)은 -70℃ 부근의 온도에서 유지되었다. 도 10b에 도시된 바와 같은 어셈블리(58')의 캐리어 측면은 강성 캐리어가 급속 냉각되도록 하기 위해 척 상부 표면(106) 상에 배치될 수 있다. 캐리어와 이에 부착된 결정질 재료 기판 사이의 CTE 불일치로 인해 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 열 유도 파괴가 유도된다. 4H-SiC의 자발적인 분리는 기계적 개입 없이 본 명세서에 개시된 열가소성 접착제를 사용하여 최대 약 -20℃의 온도에서 본 발명자들에 의해 관찰되었다.
결정질 재료에 대한 캐리어 모양 및 위치
이전에 언급한 바와 같이, 강성 캐리어(들)는 바람직하게는 본 명세서에 개시된 방법과 함께 사용될 때 그에 접합된 기판의 대응하는 치수만큼 크거나 이를 초과하는 측면 치수(예를 들어, 직경, 또는 길이 및 너비)를 가질 수 있다. 도 13a 내지 도 13e는 각각 결정질 재료의 기판에 결합된 상이한 형상의 캐리어를 포함하는 결합된 어셈블리의 평면도이고, 도 13f 및 도 13G는 각각 도 13d 및 도 13e의 결합된 어셈블리의 측단면도를 제공한다. 도 13a-13E는 각각 결정질 재료의 기판에 결합된 상이한 형상의 캐리어를 포함하는 결합된 어셈블리의 평면도이며, 도 13f 및 13G는 각각 도 13d 및 13E의 결합된 어셈블리의 측단면도를 제공한다.
도 13a는 평판(114) 및 평판(114)에 대향하는 둥근 부분(116)을 갖는 일반적으로 원형인 기판(112)을 포함하는 제1 결합된 어셈블리(110)를 도시하며, 기판(112)은 기판(112)과 실질적으로 동심인 정사각형 모양의 캐리어(118)에 접합된다. 도 13b는 평판(124) 및 평판(124)에 대향하는 둥근 부분(126)을 갖는 대체로 원형인 기판(122)을 포함하는 제2 결합된 어셈블리(120)를 도시하며, 기판(122)은 기판(122)과 실질적으로 동심인 둥근 캐리어(128)에 접합된다. 기판(122)의 직경을 국부적으로 감소시키는 플랫(124)의 존재로 인해, 캐리어(128)의 더 큰 경계 부분(129)이 플랫(124)에 근접하게 제공된다. 도 13c는 평면(134)과 평면(134)에 대향하는 둥근 부분(136)을 갖는 대체로 원형인 기판(132)을 포함하는 제3 결합된 어셈블리(130)를 도시하고, 기판(132)은 기판(132)의 둥근 부분(136)이 기판(132)의 나머지 부분보다 캐리어(138)의 가장자리에 실질적으로 더 가깝도록 기판(132)과 동심이 아닌 둥근 캐리어(138)에 접합된다. 캐리어(138)의 더 큰 경계 부분(139)은 플랫(134)이 없는 경우에도 둥근 부분(136) 반대편에 존재할 것이고, 그러나 플랫(134)이 존재하는 경우, 캐리어(138)의 경계 부분(139)은 도 13b에 도시된 경계 부분(129)보다 훨씬 더 크다. 도 13c에 도시된 바와 같이, 한 영역에서 국부적으로 증가된 경계 및 하나의 대향 영역에서 국부적으로 감소된 경계의 존재는, 지레 도구(미도시)의 존재를 수용하는 국부적으로 증가된 경계 및 상부 기판의 경사 운동에 저항할 수 있는 제한된 돌출부를 제공하는 국부적으로 감소된 경계를 가지는(분리 장치의 기하학적 구조에 따라) 어떤 실시 예에서 캐리어(138)에 접합된 기판(132)의 기계적 파단을 허용하는데 유리할 수 있다. 도 13d 및 도 13f는 평판(144) 및 평판(144)에 대향하는 둥근 부분(146)을 갖는 일반적으로 원형인 기판(142)을 포함하는 제4 결합된 어셈블리(140)를 도시하며, 기판(142)은 기판(142)과 실질적으로 동심인 우세하게 둥근 캐리어(148)에 접합되나, 캐리어(148)는 기판(142)의 평면(144)에 근접하여 국부적으로 증가된 경계를 제공하는 단일의 측방향 돌출 탭 부분(149)을 포함한다. 캐리어(148)의 측방향 돌출 탭 부분(149)은 플랫(144)에 수직인 방향으로 파단을 시작하는 경향이 있는 굽힘 모멘트를 부여하는 방식으로 국부적인 기계적 힘이 가해지는 것을 허용하기 위해 플랫(144)과 정렬(resistered)될 수 있다. 도 13f에 도시된 바와 같이, 동일하거나 상이한 형상의 제2 캐리어(148')가 기판(142) 아래에 제공될 수 있으며, 표면 아래 레이저 손상 영역(143)은 상부 캐리어(148)에 더 가깝다. 돌출 탭 부분(149)의 존재는 단일 지레 도구(미도시)가 캐리어(148, 148') 사이에 삽입되는 것을 허용한다.
도 13e 및 도 13G는 평면(154) 및 평면(154)에 대향하는 둥근 부분(156)을 갖는 대체로 원형인 기판(152)을 포함하는 제4 결합된 어셈블리(150)를 도시하며, 기판(152)은 기판(152)과 실질적으로 동심인 주로 둥근 캐리어(158)에 접합된, 캐리어(158)는 국부적으로 증가된 경계 영역을 제공하는 대향하는 제1 측방향 돌출 탭 부분 및 제2 측방향 돌출 탭 부분(159A, 159B)을 포함하며, 하나의 국부적으로 증가된 경계 영역은 기판(152)의 평면(154)에 근접한다. 제1 측방향 돌출 탭 부분(159A), 캐리어(158)의 제2 측방향 돌출 탭 부분(159B)은 플랫(154)과 정렬(resistered)되어 플랫(154)에 수직인 방향으로 파단을 개시하는 경향이 있는 굽힘 모멘트를 부여하는 방식으로 국부적인 기계적 힘이 가해질 수 있다. 도 13G에 도시된 바와 같이, 동일하거나 상이한 형상의 제2 캐리어(158')가 기판(152) 아래에 제공될 수 있으며, 표면 아래 레이저 손상 영역(153)은 상부 캐리어(158)에 더 가깝다. 제1 측방향 돌출 탭 부분 및 제2 측방향 돌출 탭 부분(159A, 159B)의 존재는 기계적 힘의 인가를 위해 도구(미도시)가 캐리어(158, 158') 사이에 삽입되는 것을 허용한다. 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 결정질 재료의 파단을 개시하기 위한 기계적 힘의 적용에 관한 추가 세부사항은 도 15a-15D 및 16A-16B와 관련하여 이하에서 논의된다.
비록 도 13f 및 13G는 기판(142, 152)의 측방향 치수를 초과하는 측방향 치수를 갖는 상부 및 하부 캐리어(148, 148', 158, 158')를 나타내지만, 하부 캐리어(148', 158')는 특정 실시예에서 대응하는 기판(142, 152)보다 크지 않아야 한다(예를 들어, 기판(142, 152)이 진공 척 또는 다른 수단에 의해 유지되는 경우, 상부 캐리어(148, 158)에 가해지는 기계적 힘에 저항하기 위한 기초를 제공한다.
초음파 에너지에 의한 파단
강성 캐리어에 결합된 결정질 재료의 레이저 유도 표면하 손상 영역을 따라 파단을 실행하는 또 다른 방법은 결합 상태에 있는 동안 결정질 재료에 초음파 에너지를 인가하는 것을 포함한다. 도 14는 표면 아래 레이저 손상(66A')을 갖고 개재 접착 물질(68A)을 사용하여 강성 캐리어(72A)에 접합된 결정질 재료(60A)을 포함하는 어셈블리(58A)의 개략적인 단면도이며, 어셈블리(58A)는 초음파 발생 장치(160)의 액체 배스(165) 내에 배열된다. 장치는 초음파 발생 장치(164)와 접촉하도록 배열된 용기(162)를 더 포함하고, 용기(162)는 액체 배스(165)를 포함한다. 강성 캐리어(72A)의 존재는 초음파 에너지를 받을 때 결정질 재료(60A)의 파손을 감소시키거나 제거할 수 있고, 특히 잔류 응력이 분리 전에 강성 캐리어(72A)와 결정질 재료(60A) 사이에 남아 있는 경우(예를 들어, CTE 불일치로 인해) 그러하다. 이러한 잔류 응력은 결정질 재료의 파괴를 시작하는 데 필요한 초음파 에너지의 양을 줄여 재료 파손 가능성을 줄일 수 있다. 이와 관련하여, 둘 이상의 파단 기술(예를 들어, CTE 불일치 및 초음파에 의한 파단, 또는 CTE 불일치 및 기계적힘에 의한 파단, 또는 초음파 및 기계적힘에 의한 파단)을 결합하는 것이 구체적으로 고려된다는 점에 유의해야 한다. 어떤 실시예에서, 초음파 배스의 액체는 초음파 에너지의 적용 전 또는 적용 중에 냉각될 수 있다.
기계적 힘에 의한 파단
어떤 실시예에서, 강성 캐리어에 결합된 결정질 재료의 파단은 캐리어의 적어도 하나의 가장자리에 근접한 기계적 힘(예를 들어, 선택적으로 하나 또는 하나 이상의 지점에 국부화됨)의 적용에 의해 촉진될 수 있다. 이러한 힘은 캐리어의 적어도 일부에 굽힘 모멘트를 부여할 수 있으며, 이러한 굽힘 모멘트는 파단을 개시하기 위해 표면 아래 레이저 손상 영역으로 전달된다.
본 명세서에서 앞서 언급한 바와 같이, 다수의 파단 기술이 동시에 또는 순차적으로 사용될 수 있다. 어떤 실시예에서, 기계적 힘과 함께 CTE 불일치를 활용할 수 있다. 기판과 캐리어 사이에 상당한 CTE 불일치가 존재하고 온도가 적절하게 낮아지면 분리를 촉진하기 위해 더 적은(또는 0) 기계적 힘이 필요할 수 있다. 반대로, 기판과 캐리어 사이에 낮은(또는 0) 정도의 CTE 불일치가 존재하는 경우 완전한 분리를 위해 더 많은 기계적 힘이 필요할 수 있다.
기계적 힘의 적용에 의해 표면하 손상을 갖고 강성 캐리어에 결합된 결정질 재료의 파괴를 촉진하는 예시적인 실시예가 도 15a 내지 도 15d 및 도16A 내지 도 16b에 도시되어 있다. 도 15a 내지 도 15d는 기판(142)이 접합되는 캐리어(148)의 한 가장자리에 근접한 기계적 힘의 인가에 의해 표면 아래 레이저 손상(143)을 갖는 결정질 재료 기판(142)을 파단하는 단계를 예시하는 개략적인 단면도이다. 이러한 도면은 도 13d 및 도 13f에 도시된 동일한 결합된 어셈블리(140)를 이용한다. 결합된 어셈블리는 강성 캐리어(148, 148') 사이에 접합되는(본 명세서에 개시된 임의의 접착 결합 방법에 따라) 표면 아래 레이저 손상 영역(143)을 갖는 결정질 재료 기판(142)을 포함한다. 각각의 강성 캐리어(148, 148')는 도구(166)가 삽입될 수 있는 오목부(141)를 정의하는 국부적으로 증가된 경계 영역을 제공하는 기판(142)의 플랫(145)에 정렬된(resistered) 제1및 제2 측방향 돌출 탭 부분(149, 149')을 포함한다. 도 15a는 공구(166)를 오목부(141)에 삽입하기 전의 상태를 도시한다. 도 15b는 도구(166)가 오목부(141)에 삽입된 후의 상태를 도시하며, 도구(166)가 위쪽으로 기울어져 강성 캐리어(148, 148') 사이의 분리를 촉진하는 방향으로 지렛대 힘을 가하여 적어도 하나 이상의 캐리어(148)에 굽힘 모멘트(M)를 가한다. 어떤 실시예에서, 기판(142)은 육각형 결정 구조를 갖는 물질(예를 들어, 4H-SiC)를 포함하고 굽힘 모멘트(M)는 [
Figure pct00016
] 방향(또는, 동등하게, 육각형 결정 구조의 [
Figure pct00017
] 방향에 평행한 ±5도 이내)을 향한다. 굽힘 모멘트(M)의 이러한 방향은 기판(142)이 축외(근처) 물질을 포함하는 경우 특히 바람직하며; 이 방향은 기판(142)이 축상 물질을 포함하는 경우에는 덜 중요할 수 있다. 도 15c는 표면 아래 레이저 손상 영역(143)을 따라 결정질 재료 기판(142)의 초기 파단 이후의 상태를 도시하며, 이에 의해 결정질 재료의 상부 부분(142A)은 상부 캐리어(148)에 결합된 상태를 유지하고 결정질 재료의 하부 부분(142B)은 하부 캐리어(148')에 결합된 상태를 유지하고, 상부 캐리어(148)는 하부 캐리어(148')에 대해 위쪽으로 기울어져 있다. 도 15d는 파단이 완료되고 도구(166)가 제거되어 제2 접합된 어셈블리(168B)(결정질 재료의 하부 캐리어(148') 및 하부 부분(142B) 포함)로부터 분리된 제1 접합된 어셈블리(168A)(결정질 재료의 상부 캐리어(148) 및 상부 부분(142A) 포함)를 생성한 후의 상태를 도시한다.
어떤 실시예에서, 기계적 힘은 기판이 결합되는 강성 캐리어의 대향 가장자리 근처에 가해져서 캐리어에 결합된 표면 아래 레이저 손상을 갖는 결정질 재료의 파괴를 촉진할 수 있다. 도 16a는 캐리어(174)의 일부분에 굽힘 모멘트(M1, M2)를 부여하기 위해 강성 캐리어(176)(접착 물질(174)로 기판(172)에 접합됨)의 대향 가장자리를 따라 기계적 힘을 인가함으로써 표면 아래 레이저 손상 영역(173)을 따라 결정질 재료 기판(172)을 파단하기 위한 장치(170)의 횡단면의 개략도이다. 지지 요소(171)(예를 들어, 진공 척, 하부 기판, 또는 기타 지지체)가 기판(172) 아래에 제공될 수 있다. 측면 치수(예를 들어, 직경 또는 길이 및 캐리어(176)의 폭)는 기판(172)보다 크며, 캐리어(176)는 리프팅 부재(175A, 175B)에 의해 수용될 수 있는 대향하는 측방향 돌출 립(179A, 179A)을 형성한다.
캐리어(176)의 중앙부는 구속부재(177)에 의해 들어올려지는 것이 구속된다(예를 들어, 아래쪽으로 눌림). 리프팅 부재(175A, 175B)에 의해 측방향 돌출 립(179A, 179B)에 수직 상승력이 가해지고, 캐리어(176)의 중앙부가 구속 부재(177)에 의해 상향 이동되는 것이 방지되면, 반대 굽힘 모멘트(M1, M2)가 캐리어(176)에 가해지고, 이러한 굽힘 모멘트(M1, M2)는 접착 물질(174)에 의해 기판(172)으로 전달되어 표면 아래 레이저 손상 영역(173)을 따라 기판(172)의 파단을 개시한다. 그 후, 구속 부재(177) 및 승강 부재(175A, 175B)가 해제될 수 있고 파단이 완료될 수 있다. 도 16b는 강성 캐리어(176), 접착 물질(174), 및 나머지 결정질 재료(172)로부터 분리된 결정질 재료 기판 부분(172A)을 포함하는 결합된 어셈블리(178)를 생성하는 파괴가 완료된 상태를 도시한다. 결정질 재료 기판 부분(172A)의 노출된 표면(173A, 173B) 및 결정질 재료(172)의 나머지는 통상적인 표면 처리 단계(예를 들어, 연삭, CMP, 및/또는 연마)에 의해 감소될 수 있는 표면 불규칙성을 나타낼 수 있다. 어떤 실시예에서, 이러한 표면 처리 단계는 결정질 재료 기판 부분(172A)에 대해 수행될 수 있는 반면 이러한 부분은 강성 캐리어(176)에 결합된 상태로 유지된다. 비록 도 15a-15D 및 도 16a-16B는 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 기판의 기계적 파단을 촉진하기 위한 특정 장치의 예를 제공하지만, 당업자에 의해 다른 장치가 본 명세서에 개시된 방법을 실행하는 데 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
캐리어 접합 전후의 레이저 손상 형성
강성 캐리어에 결합하기 전에 결정질 재료 기판에서 레이저 표면하 손상을 형성하는 것이 본 명세서에서 이전에 설명되었지만, 어떤 실시예들에서, 원하는 파장의 레이저 방출광에 투명한(transparent) 강성 캐리어는 표면 아래 레이저 손상 형성 전에 결정질 재료에 결합될 수 있다. 그러한 실시예에서, 레이저 방출은 강성 캐리어를 통하여 결정질 재료 기판의 내부로 전달될 수 있다. 상이한 캐리어-기판 표면 아래 레이저 형성 구성이 도 17a 내지 도 17c에 도시되어 있다.
도 17a는 기판(182) 내에 표면 아래 레이저 손상(183)을 형성하기 위해 베어 기판(182)의 표면을 통해 집중되는 레이저 방출광(181)의 개략도이며, 이에 의해 표면 아래 레이저 손상의 형성 후에 강성 캐리어가 기판(182)에 부착(affixed)될 수 있다. 도 17b는 기판(182) 내의 표면 아래 레이저 손상(183)을 형성하는 기판(182)의 표면을 통해 초점이 맞춰지는 레이저 방출광(181)의 개략도이고, 기판(182)은 접착 물질(184)을 사용하여 강성 캐리어(186)에 미리 접합된다. 도 17c는 강성 캐리어(186)에 미리 접합된 기판(182) 내에 표면 아래 레이저 손상(183)을 형성하기 위해 강성 캐리어(186) 및 접착제(184)를 통해 집중되는 레이저 방출광(181)의 개략도이다. 어떤 실시예에서, 캐리어(186)로부터 이격된 기판(182)의 표면은 하나 이상의 에피택셜 층 및/또는 금속화 층을 포함할 수 있고, 기판(182)은 표면 아래 레이저 손상(183)을 형성하기 전에 작동 가능한 전기 장치를 포함한다. 도 17d는 강성 캐리어(186)에 미리 결합된(양극 결합 또는 무접착 수단을 통해) 기판(182) 내에 표면 아래 레이저 손상(183)을 형성하기 위해 강성 캐리어(186)를 통해 기판(182)으로 집중되는(개재하는 접착층 없이) 레이저 방출광(181)의 개략도이다.
디바이스 웨이퍼 분할 처리
어떤 실시예에서, 레이저 및 캐리어를 이용한 분리 방법은 작동하는 반도체 기반 장치의 일부로서 그 위에 적어도 하나의 에피택셜 층(및 선택적으로 적어도 하나의 금속 층)을 형성한 후 결정질 재료에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스 웨이퍼 분할 공정은 디바이스 형성 후에 기판 재료를 연삭할 필요성을 상당히 감소시킴으로써 결정질 재료의 수율을 증가시키는(및 낭비를 감소시키는) 능력에 특히 유리하다.
18A 내지 도 18o는 디바이스 웨이퍼 분할 공정의 단계를 예시하는 단면 개략도로서, 이에 따라 두꺼운 웨이퍼가 결정질 재료로부터 파단되고, 적어도 하나 이상의 에피택셜 층이 두꺼운 웨이퍼 상에 성장되고, 두꺼운 웨이퍼가 캐리어 및 두꺼운 웨이퍼로부터 분할된 박막 웨이퍼를 각각 포함하는 제1 및 제2 결합된 어셈블리를 형성하고, 제1 결합된 어셈블리는 작동하는 반도체 기반 장치의 일부로서 적어도 하나의 에피택셜 층을 포함한다.
도 18a는 제1 면(191) 및 제1 면(191)에 대해 미리 결정된 깊이로 배열된 표면 아래 레이저 손상(193)을 갖는 결정질 재료 기판(190)을 도시한다. 도 18b는 제1면(191) 위에 접착 물질(194)를 추가한 후의 도 18a의 기판(190)을 도시한다. 도 18c는 도 18c에 도시된 항목들을 예시한다. 도 18c는 접착 물질(194)를 사용하여 기판(190)에 강성 캐리어(196)를 접합한 후의 도 18b에 도시된 항목을 도시한다. 표면 아래 레이저 손상(193)을 따라 기판(190)이 파단되어(예를 들어, 본 명세서에 개시된 하나 이상의 방법을 사용하여) 캐리어(196), 접착 물질(194), 및 기판(190)으로부터 제거된 결정질 재료 부분(예를 들어, 두꺼운 웨이퍼)(192)을 포함하는 결합된 어셈블리로부터 분리된 기판(190)의 나머지를 생산하는 도 18d의 구성을 도시한다.
어떤 실시예에서, 두꺼운 웨이퍼(192)는 대략 350 내지 750 마이크론 범위의 두께를 가질 수 있다. 두꺼운 웨이퍼(192)의 노출된 표면(193A, 193B) 및 기판(190)의 나머지 부분은 각각 연삭, CMP, 연마 등과 같은 표면 처리 단계에 의해 감소될 수 있는 표면 불규칙성을 나타낼 수 있다. 도 18e는 수직 가장자리 프로파일을 포함하는 두꺼운 웨이퍼(192)와 함께 캐리어(196)로부터의 디결합 및 캐리어(196)로부터 제거된 후의 두꺼운 웨이퍼(192)를 도시한다. 웨이퍼의 수직 가장자리들은 쉽게 파손되어 웨이퍼를 취급하는 동안 허용되지 않는 가장자리 칩과 입자를 생성한다. 파손 위험을 줄이기 위해, 웨이퍼 가장자리는 가장자리 연삭되어 경사지거나 둥근 가장자리를 갖는 비수직 웨이퍼 가장자리를 생성할 수 있다. 도 18f는 두꺼운 웨이퍼(192)에 둥근 가장자리 프로파일(197)을 부여하도록 구성된 오목한 절단 표면(199A)(예를 들어, 다이아몬드 입자로 함침된)을 갖는 회전 프로파일 연삭 공구(199)에 근접한 턴테이블(198)에 의해 지지되는 두꺼운 웨이퍼(192)를 도시한다. 도 18g는 제1 및 제2 웨이퍼 표면(201, 202) 사이의 경계를 제공하는 둥근 가장자리(197)를 포함하는 두꺼운 웨이퍼와 함께 가장자리 연삭(가장자리 프로파일링으로도 알려짐) 후의 두꺼운 웨이퍼(192)를 도시한다.
도 18h는 두꺼운 웨이퍼(201)의 제1면(201) 상에 또는 그 위에 하나 이상의 에피택셜 층(203)을 증착한 후의 도 18g의 항목을 도시한다. 에피택시 고유의 고온과 접착제의 비호환성으로 인해, 도 18d에 도시된 캐리어는 존재하지 않는다. 도 18i는 에피택셜 층(203) 위에 전도성(예를 들어, 금속) 접촉부(204)를 형성하여 적어도 하나의 작동 반도체 장치를 형성한 후, 두꺼운 웨이퍼(192)가 여전히 둥근 가장자리(197)를 갖는 구조를 도시한 도 18h를 도시한다.
통상적으로, 제2면(202) 상에서 연삭을 수행하여 두꺼운 웨이퍼(192)를 생성된 디바이스에 대한 적절한 두께(예를 들어, 쇼트키 다이오드 또는 MOSFET의 경우 100 내지 200 마이크론)로 얇게 할 것이다. 본원에 공개된 접근 방식은 웨이퍼 연삭의 필요성을 줄였으며, 대신에 레이저 및 캐리어를 이용한 분리를 사용하여 두꺼운 웨이퍼의 일부를 제거하여, 표면 처리를 가능하게 하고 또 다른 작동 반도체 장치를 제조하는 데 사용할 수 있다.
본 발명자들은 둥근 프로파일이 레이저 초점 및 깊이 제어에 부정적인 영향을 미치기 때문에 두꺼운 웨이퍼(192) 상의 둥근 가장자리(197)의 존재가 가장자리(197)에 근접한 표면 아래 레이저 손상의 제어된 형성을 억제한다는 것을 발견했다. 이 문제를 해결하기 위해, 두꺼운 웨이퍼(192)의 둥근 가장자리(197)는 추가 레이저 처리 전에 제거될 수 있다. 도 18j는 둥근 가장자리(197)를 연삭하고 두꺼운 웨이퍼(192)의 제1 및 제2면(201, 202) 사이에서 연장되는 실질적으로 수직인 가장자리(205)를 부여하기 위해 가장자리 그라인더(206)로 연삭되며, 제1 면(201) 위에 배열된 에피택셜 층(203) 및 접촉부(204)를 갖는 도 18i의 구조를 도시한다.
도 18k는 제1 캐리어를 수용하고 접착하기 위한 준비로 두꺼운 웨이퍼(192), 에피택셜 층(203), 및 접촉부(204)의 제1면(201) 위에 임시 접착 물질(207)를 추가한 후의 도 18j의 구조를 도시한다. 도 18l은 임시 접착 물질(207) 위에 제1 캐리어(208)를 추가한 후, 그리고 두꺼운 웨이퍼의 제2면(202)을 통해 집중된 레이저 방출의 충돌에 의해 두꺼운 웨이퍼(192) 내에 표면 아래 레이저 손상(209)이 형성된 후의 도 18k의 구조를 도시한다. 도 18m은 표면 아래 레이저 손상(209)에 근접한 두꺼운 웨이퍼(192)의 제2면(202)에 강성 제2 캐리어(210)를 접합한 후의 도 18l의 구조를 도시한다. 분리의 목적을 위해, 강성 제2 캐리어(210)는 두꺼운 웨이퍼(192)의 일부(즉, 층)를 제거하도록 의도된 전면 캐리어의 역할을 할 것이다.
도 18n은 제1 및 제2 접합된 서브어셈블리(212A, 212B)를 생성하기 위해 표면 아래 레이저 손상(209)을 따라 두꺼운 웨이퍼(192)를 파단하기 위해 본 명세서에 개시된 바와 같은 적어도 하나의 파단 공정의 적용 후의 도 18m의 구성을 도시한다.
제1 접합된 서브어셈블리(212A)는 (도 18m의 두꺼운 웨이퍼(192)로부터 분리된) 제1 얇은 웨이퍼 부분(192A), 에피택셜 층(203), 접촉부(204), 임시 접착 물질, 및 제1 캐리어(208)를 포함한다. 제2 접합된 서브어셈블리(212B)는 제2 얇은 웨이퍼 부분(192B)(도 18m의 두꺼운 웨이퍼(192)로부터 분리됨) 및 제2 캐리어(210)를 포함한다. 얇은 웨이퍼 부분(192A, 192B)의 노출된 표면(209A, 209B)은 레이저 손상 및/또는 파단으로 인한 표면 불규칙성을 나타낼 수 있으며, 이는 통상적인 표면 처리 단계(예를 들어, 연삭, CMP 및/또는 연마)에 의해 감소될 수 있다.
도 18o는 임시 접착제(207) 및 제1 캐리어(208)의 제거에 의해 제1 접합된 서브어셈블리(212A)로부터 유도된 작동 반도체 장치(214)를 도시한다.
이러한 도면은 또한 추가 처리(예를 들어, 에피택셜 성장)를 위해 제2 얇은 웨이퍼 부분(192B)을 준비하기 위해 제2 캐리어(210)의 제거 이후에 제2 얇은 웨이퍼 부분(192B)을 도시한다.
캐리어 웨이퍼의 재사용을 포함한 예시적인 방법
도 19는 본 발명에 따른 방법의 단계들을 개략적으로 예시하는 흐름도이다. 좌측 상단에서 시작하여, 표면 아래 레이저 손상 영역(218)을 생성하기 위해 레이저(216)는 두꺼운 결정질 재료 기판(220)(예를 들어, SiC 잉곳)의 제1면(222) 아래에 레이저 방출광을 집중시킬 수 있다. 기판(220)이 SiC 물질이면, 레이저 방출광은 SiC 기판(220)의 C-종결면을 통해 충돌할 수 있다. 그 후, 캐리어 웨이퍼(224)는 결정질 재료 기판(220)의 제1면(222)에 결합될 수 있고, 캐리어 웨이퍼(224)는 캐리어 웨이퍼(224)의 제1면(226)(기판(220)의 제1면(222)에 근접함) 및 제1면(226)에 대향하는 제2면(228)을 포함한다. 캐리어 웨이퍼(224)와 결정질 재료 기판(220) 사이의 이러한 결합은 접착제 결합 또는 양극 결합과 같은 본원에 개시된 임의의 방법에 의해 수행될 수 있다. 그 후, 본원에 개시된 바와 같은 파단 처리(예를 들어, CTE 불일치 캐리어 냉각, 초음파 에너지의 인가, 및/또는 기계적 힘의 인가)가 표면 아래 레이저 손상 영역(218)을 따라 결정질 재료(220)를 파단하기 위해 적용되고, 이는 캐리어 웨이퍼(224)에 결합된 결정질 재료 부분(230)이 결정질 재료 기판(220A)의 나머지로부터 분리되게 한다. 잔류 레이저 손상을 갖는 나머지 결정질 재료 기판(220A)의 새롭게 노출된 표면(232A)은 매끄럽게 연삭되고 세정되고, 공정의 시작 부분(도 19의 좌측 상단)으로 복귀된다. 또한, 제거된 결정질 재료(230)의 새롭게 노출된 표면(234)은 캐리어(224)에 부착되는 동안 매끄럽게 연삭된다. 그 후, 캐리어 웨이퍼(224)는 결정질 재료(230)의 제거된 부분으로부터 분리될 수 있고, 결정질 재료 기판(220)의 다른 상대적으로 얇은 섹션을 제거하기 위해 캐리어 웨이퍼(224)가 세정되고 프로세스의 시작 부분(도 19의 왼쪽 상단)으로 복귀되는 동안 결정질 재료(230)는 에피택셜 디바이스(230')를 형성하기 위해 하나 이상의 층의 에피택셜 성장을 필요로한다.
도 20은 도 19의 결정질 재료 기판(예를 들어, SiC 잉곳)(220)의 일부의 단면 개략도로서, 예상되는 커프 손실 물질 영역(240)을 식별하는 중첩된 파선으로 표면 아래 레이저 손상(218)을 보여준다. 예상 커프 손실 물질 영역(240)은 레이저 손상(218), 기판(220)으로부터 분리될 결정질 재료 부분(230)(예를 들어, SiC 웨이퍼)의 하면(238)(예를 들어, SiC 종결면)으로부터 기계적으로 제거될(예를 들어, 연삭과 연마에 의해) 플러스 재료(234), 기판(220)의 나머지(220A)의 상면(232A)(예를 들어, C-종결면)으로부터 기계적으로 제거될(예를 들어, 연삭과 연마에 의해) 플러스 재료(236)를 포함한다. 결정질 재료 부분(230)의 하면(238)은 그 상면(222)에 대향한다. 특정 실시예에서, 전체 커프 손실 물질 영역은 추가 처리에 충분한 기판 상면(232A) 및 웨이퍼 하면(238)을 제공하기 위해 SiC에 대해 80-120 마이크론 범위의 두께를 가질 수 있다.
다중 연삭 스테이션/단계를 통한 물질 처리
어떤 실시예들에서, 레이저 처리 및 파단을 거친 결정질 재료는 표면하 손상을 제거하고 가장자리 연삭을 통해 경사진 또는 둥근 가장자리 프로파일을 부여하기 위해 다중 표면 연삭 단계로 추가로 처리될 수 있으며, 추가적인 표면 손상을 줄 가능성을 줄이고 화학적 기계적 평탄화 준비를 위한 결정될 재료 웨이퍼를 제공하기 위해 연삭 단계의 순서가 선택되거나 보호 표면 코팅이 도입된다.
이러한 단계는 예를 들어 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 물질 처리 장치를 사용하여 수행될 수 있으며, 여기서 예시적인 장치는 레이저 처리 스테이션, 파단 스테이션, 파단 스테이션의 하류에 평행하게 배열된 다중 거친 연삭 스테이션, 및 적어도 하나의 거친 연삭 스테이션의 하류에 배열된 미세 연삭 스테이션이다. 와이어 톱질로 절단된 웨이퍼를 가공할 때 와이어 톱질 표면 손상을 제거하기 위해 표면 연삭 또는 연마 전에 가장자리 연삭을 수행하는 것이 일반적이다. 그러나, 파괴 손상과 조합된 레이저 손상을 갖는 기판 부분(예를 들어, 웨이퍼)의 가장자리 연삭이 기판 부분을 균열시킬 가능성이 증가한다는 것을 발명자들에 의해 발견되었다. 이 현상에 대한 이유에 대해 특정 이론에 구속되기를 원하지는 않지만, 표면 파단으로 인해 노출된 균열 평면은 적어도 일부 표면 처리(연삭 및 /또는 연마)전에 가장자리 연삭이 수행되면 표면이 균열에 취약하다고 여겨진다. 이러한 이유로, 가장자리 연삭 전에 적어도 일부 표면 처리(예를 들어, 연삭 및/또는 연마)를 수행하는 것이 유익한 것으로 밝혀졌다.
거친 연삭 단계(즉, 기판 부분 및 벌크 기판의 파단된 표면을 따라 레이저 손상 및 파단 손상을 제거하기 위해)는 선행하는 레이저 처리 단계 및 파단 단계 보다 상당히 긴 시간을 필요로 하는 경향이 있으며, 후행하는 미세 연삭 단계보다 시간이 훨씬 긴 것으로 나타났다. 이러한 이유로 벌크 결정질 재료(예를 들어, 잉곳)에서 여러 웨이퍼를 제조할 때 병목 현상을 제거하기 위해 여러 개의 거친 연삭 스테이션이 병렬로 제공된다.
어떤 실시예에서, 로봇 핸들러는 기판 부분의 로딩 및 언로딩을 제어하기 위해 다수의 거친 연삭 스테이션의 상류 및 하류에 배열될 수 있다. 어떤 실시예에서, 캐리어 결합 스테이션은 레이저 처리 스테이션과 파단 스테이션 사이에 제공될 수 있고, 캐리어 제거 스테이션은 가장자리 연삭 스테이션의 상류에(직접적으로 또는 간접적으로) 제공될 수 있다. 캐리어는 특히 얇은 기판 부분(예를 들어, 웨이퍼)에 대한 파손 가능성을 줄이기 위해 적어도 일부 표면 연삭 단계 동안 기판 부분에 결합된 상태로 유지되는 것이 바람직할 수 있으며; 그러나, 캐리어는 바람직하게는 가장자리 연삭 전에(또는 가장자리 연삭에 앞서 보호 코팅으로 웨이퍼를 코팅하기 전에) 제거된다.
어떤 실시예에서, 캐리어 결합 스테이션은 임시 결합 매체로 사전 코팅된 캐리어를 사용하고, 캐리어를 기판 표면에 정렬 및 가압하고, 캐리어와 기판을 결합하기 위해 필요한 조건(예를 들어, 열 및 압력)으로 결합 매체를 적용하여 할 수 있다. 대안적으로, 캐리어 결합 스테이션은 요구에 따라 캐리어 또는 기판을 코팅하는데 사용될 수 있는 코팅 스테이션을 포함할 수 있다.
도 21은 레이저 처리 스테이션(302), 캐리어 결합 스테이션(303), 물질 파단 스테이션(304), 병렬로 배열된 다중 거친 연삭 스테이션(308A, 308B), 미세 연삭 스테이션(312), 캐리어 제거 스테이션(313) 및 CMP 스테이션(314)를 포함하는 일 실시예에 따른 물질 처리 장치(300)의 개략도이다.
레이저 처리 스테이션(302)은 적어도 하나의 레이저 및 결정질 재료(예를 들어, 잉곳)에서 표면 아래 레이저 손상의 형성을 위해 적어도 하나의 레이저 빔을 수용하도록 배열된 적어도 하나의 기판용 홀더를 포함한다. 캐리어 접합 스테이션(303)은 결정질 재료(표면 아래 레이저 손상을 갖는)를 적어도 하나의 강성 캐리어에 접합하도록 구성된다. 파단 스테이션(304)은 캐리어 결합 스테이션(303)으로부터 하나 이상의 어셈블리(각각 강성 캐리어에 결합된 기판을 포함함)를 수용하고, 기판 부분(캐리어에 결합된 웨이퍼와 유사할 수 있음)을 제거하기 위해 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 적어도 하나의 기판을 파단하도록 배열된다. 제1 및 제2 거친 연삭 스테이션(308A, 308B)은 파단 스테이션(304)의 하류에 평행하게 배열되며, 제1 로봇 핸들러(306)는 파단 스테이션(304)으로부터 수용된 기판 부분(결합된 어셈블리의 일부로서)을 번갈아 제1 거친 연삭 스테이션(308A) 또는 제2 거친 연삭 스테이션(3048B)으로 전달하기 위해 제공된다. 제1 및 제2 거친 연삭 스테이션(308A, 308B)의 하류에서, 제2 로봇 핸들러(310)는 거친 연삭된 기판 부분(결합된 어셈블리의 일부로서)을 미세 연삭 스테이션(312)으로 전달하기 위해 제공된다. 캐리어 제거 스테이션(313)은 미세 연삭 스테이션(312)의 하류에 제공되고, 캐리어로부터 연삭된 기판 부분을 분리하는 역할을 한다. 화학적 기계적 평탄화(CMP) 스테이션(314)은 세정 및 에피택셜 성장과 같은 추가 처리를 위한 기판 부분을 준비하기 위해 캐리어 제거 스테이션(313)의 하류에 배열된다. CMP 스테이션(314)은 미세 연삭 후 남은 손상을 제거하는 기능을 하며, 이는 자체적으로 거친 연삭 후 남은 손상을 제거한다. 어떤 실시예에서, 각각의 거친 연삭 스테이션(308A, 308B)은 5000 그릿 미만의 연삭 표면을 갖는 하나의 연삭 휠을 포함하고, 미세 연삭 스테이션(312)은 적어도 5000 그릿의 연삭 표면을 갖는 하나 이상의 연삭 휠을 포함한다. 어떤 실시예에서, 각각의 거친 연삭 스테이션(308A, 308B)은 결정질 재료 부분(예를 들어, 웨이퍼)으로부터 20 마이크론 내지 100 마이크론의 결정질 재료의 두께를 제거하도록 구성되고, 미세 연삭 스테이션(312)은 3~15미크론의 결정질 재료의 두께를 제거하도록 구성된다. 어떤 실시예에서, 각각의 거친 연삭 스테이션(308A, 308B) 및/또는 미세 연삭 스테이션(312)은 다중 연삭 서브스테이션(substation)을 포함할 수 있으며, 여기서 상이한 서브스테이션은 상이한 그릿의 연삭 휠을 포함한다.
도 21은 웨이퍼와 같은 결정질 기판 부분의 둥글거나 경사진 가장자리 프로파일을 부여하기 위해 가장자리 연삭을 수용하도록 수정될 수 있다. 그러한 가장자리 프로파일은 웨이퍼 가장자리의 파손 위험을 감소시킬 것이다. 기판 부분이 캐리어에 접합될 때 가장자리 연삭이 수행되지 않을 수 있다. 따라서, 캐리어 제거 스테이션은 가장자리 연삭 스테이션의 상류에(직접적으로 또는 간접적으로) 배열될 수 있다.
도 22는 도 21과 유사하지만, 가장자리 연삭 스테이션(332)을 포함하는 일 실시예에 따른 물질 처리 장치(320)를 도시한다. 물질 처리 장치(320)는 레이저 처리 스테이션(322), 캐리어 결합 스테이션(323), 물질 파단 스테이션(324), 제1 로봇 핸들러(326), 병렬로 배열된 다중 거친 연삭 스테이션(328A, 328B), 제2 로봇 핸들러(328), 캐리어 제거 스테이션(331), 가장자리 연삭 스테이션(332), 미세 연삭 스테이션(334), 및 CMP 스테이션(336)을 포함한다.
예시적인 가장자리 연삭 스테이션(332)은 표면상에 오목부를 갖는 회전 연삭 공구에 근접하게 배열된 턴테이블의 상부 및 하부 그립핑 부분 사이에서 웨이퍼를 잡도록 배열될 수 있다(예를 들어, 도 18f에 도시된 바와 같이).
이러한 방식으로 웨이퍼를 잡는 것은 웨이퍼 표면(예를 들어, SiC 웨이퍼의 Si-종결면)에 바람직하지 않은 손상을 줄 수 있다. 이러한 이유로, 도 22에 도시된 가장자리 연삭 스테이션(332)은 미세 연삭 스테이션(334)의 상류에 배치되어 가장자리 연삭 스테이션(332)에 의해 부여된 임의의 표면 손상이 미세 연삭 스테이션(334)에서 제거될 수 있도록 한다. 미세 연삭 스테이션(334)이 웨이퍼의 작은 두께를 제거할 수 있지만, 이에 의해 가장자리 연삭 스테이션(332)에 의해 생성된 둥글거나 비스듬한 가장자리 프로파일을 변경함으로써, 충분한 정도의 둥글거나 비스듬한 가장자리 프로파일이 남아 웨이퍼 가장자리의 파단을 억제할 것이다.
도 22에 따른 장치(320)는 가장자리에 의해 경계가 지정되며, 표면 손상이 있는 제1면을 포함하는 결정질 재료 웨이퍼를 처리하기 위한 방법을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 방법은, 표면 손상의 제1 부분을 제거하기 위해 하나 이상의 제1 연삭 장치로 제1면을 연삭하는 단계; 하나 이상의 제1 연삭 장치로 제1면을 연삭한 후, 가장자리를 연삭하여 비스듬하거나 둥근 가장자리 프로파일을 형성하는 단계; 및 가장자리 연삭 후에, 화학적 기계적 평탄화에 의한 추가 처리에 적합한 제1면을 제공하기에 충분한 표면 손상의 제2 부분을 제거하기 위해 적어도 하나의 제2 연삭 장치로 제1면을 연삭하는 단계를 포함한다.
어떤 실시예에서, 제1 연삭 장치는 거친 연삭 스테이션(328A, 328B)에서 구현될 수 있고, 가장자리 연삭은 가장자리 연삭 스테이션(332)에 의해 수행될 수 있고, 제2 연삭 장치는 미세 연삭 스테이션(312)에서 구현될 수 있다. 어떤 실시예에서, 캐리어 제거 단계는, 하나 이상의 제1 연삭 장치로 제1면을 연삭한 후, 그리고 가장자리를 연삭하여 경사지거나 둥근 가장자리 프로파일을 형성하기 전에 수행될 수 있다.
어떤 실시예에서, 보호 표면 코팅은 가장자리 연삭 동안 추가적인 표면 손상을 줄 가능성을 감소시키고 결정질 재료 웨이퍼를 화학적 기계적 평탄화를 위한 준비가 되게 하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 표면 코팅은 포토레지스트 또는 임의의 다른 적절한 코팅 물질을 포함할 수 있고, 가장자리 연삭 전에 적용될 수 있고, 또는 가장자리 연삭 후에 제거될 수 있다.
도 23은 도 21과 유사한 일 실시예에 따른 물질 처리 장치(340)의 개략도이지만, 미세 연삭 스테이션(352)과 가장자리 연삭 스테이션(356) 사이에 표면 코팅 스테이션(354)을 배치하고, 가장자리 연삭 스테이션(356)과 CMP 스테이션(360) 사이에 코팅 제거 스테이션(358)을 배치한다. 물질 처리 장치(340)는 레이저를 더 포함한다. 물질 처리 장치(340)는 레이저 처리 스테이션(342), 물질 파단 스테이션(344), 제1 로봇 핸들러(346), 병렬로 배열된 다중 거친 연삭 스테이션(348A, 348B), 및 미세 연삭 스테이션(352)의 상류에 있는 제2 로봇 핸들러(348)를 더 포함한다.
코팅 스테이션(354)은 스핀 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅 등과 같은 방법에 의해 보호 코팅(예를 들어, 포토레지스트)을 도포하도록 구성될 수 있다. 보호 코팅은 가장자리 연삭 스테이션(365)에 의해 부여될 수 있는 손상을 흡수하기에 충분한 두께와 견고성을 가져야 한다. SiC 웨이퍼의 경우, Si-종결면은 전형적으로 에피택셜 성장이 수행되는 표면이기 때문에 Si-종결면은 보호 코팅으로 코팅될 수 있다. 코팅 제거 스테이션(358)은 화학적, 열적, 및/또는 기계적 수단에 의해 코팅을 벗겨내도록 구성될 수 있다.
도 23에 따른 장치(340)는 표면 손상이 있는 제1면을 포함하는 결정질 재료 웨이퍼를 처리하기 위한 방법을 수행하는 데 사용될 수 있으며, 제1면은 가장자리에 의해 경계가 지정된다. 이 방법은 표면 손상의 제1 부분을 제거하기 위해 하나 이상의 제1 연삭 장치(예를 들어, 거친 연삭 스테이션(348A, 348B))로 제1면을 연삭하는 단계; 그 후, 제1면을 화학적 기계적 평탄화에 의한 추가 처리에 적합하게 만들기에 충분한 표면 손상의 제2 부분을 제거하기 위해 하나 이상의 제2 연삭 장치(예를 들어, 미세 연삭 스테이션(352))로 제1면을 연삭하는 단계; 그 후에 (예를 들어, 표면 코팅 스테이션(354)을 사용하여) 제1면 상에 보호 코팅을 형성하는 단계; 그 후 가장자리를 연삭하여 비스듬하거나 둥근 가장자리 프로파일을 형성하는 단계(예를 들어, 가장자리 연삭 스테이션(356)을 사용하여); 및 그 후에 제1면으로부터 보호 코팅을 제거하는 단계(예를 들어, 코팅 제거 스테이션을 사용하여)를 포함한다. 그 후 제1면은 화학적 기계적 평탄화(예를 들어, CMP 스테이션(360)에 의해)에 의해 처리될 수 있고, 이에 의해 제1면(예를 들어, 웨이퍼의 Si 종결면)은 표면 세정 및 에피택셜 성장과 같은 후속 처리를 위해 준비된다.
어떤 실시예에서, 그립핑(gripping) 장치는 단면이 표면하 손상의 형성을 위해 레이저로 처리될 수 있도록 측벽에 수직이 아닌 단면을 갖는 잉곳을 유지하도록 구성될 수 있다. 어떤 실시예에서, 그립핑 이펙터는 위에서 볼 때 둥근 단면을 갖는 경사진 측벽에 대응될 수 있다. 어떤 실시예에서, 그립핑 이펙터는 그립핑 이펙터가 경사진 측벽에 대응되도록 허용하는 조인트를 포함할 수 있다.
도 24A는 일 실시예에 따른 측벽(370)에 수직이 아닌 단면(366, 368)을 갖는 잉곳(364)을 유지하기 위한 제1 그립핑 장치(362)의 개략적인 측단면도이다. 상단면(366)은 레이저 빔(376)을 수용하도록 수평으로 배열된다. 하단면(368)은 그에 부착된 캐리어(372)를 가질 수 있고, 캐리어(372)는 유지하는 척(374)(예를 들어, 진공 척)에 의해 지지된다. 수직이 아닌 면을 갖는 그립핑 이펙터(378)은 잉곳(364)의 측벽(370)을 파지하기 위해 제공되며, 그립핑 이펙터(378)는 수평 작동 로드(380)에 대해 수직이 아닌 각도(A1, A2)로 배열된다. 그립핑 장치(362)를 사용하여 도시된 바와 같이 잉곳(364)을 유지하는 것(예를 들어, 그 바닥 부분에 근접하게)은 측벽(370)의 상부 단부면(366) 및 상부를 본원에 개시된 방법을 사용하여 처리에 이용 가능하게 한다.
도 24B는 일 실시예에 따른 측벽(370')에 수직이 아닌 단면(366', 368')을 갖는 잉곳(364')을 유지하기 위한 제2 그립핑 장치(362')의 개략적인 측단면도이다. 상단면(366')은 레이저 빔(376)을 수용하도록 수평으로 배열되는 반면, 하단면(368')은 그에 부착된 캐리어(372')를 가질 수 있고, 캐리어(372')는 척(374')에 의해 지지된다. 비수직 면을 갖는 그립핑 이펙터(378')는 잉곳(364')의 측벽(370')을 파지하기 위해 제공되며, 파지 이펙터(378')는 수평 작동 로드(380')에 대해 수직이 아닌 각도(A1, A2)로 배열된다. 회전 가능한 조인트(382')는 작동 로드(380')와 그립핑 이펙터(378') 사이에 제공되어, 그립핑 이펙터(378')와 잉곳(364')의 측벽(370') 사이의 자동 정렬을 용이하게 한다.
도 25는 사파이어 C-축에 평행한 CTE 및 사파이어 C-축에 수직인 CTE에 대한 중첩된 플롯과 함께, 사파이어에 대한 온도의 함수로서 선형 열팽창 계수를 플롯팅하는 선형 차트이다. 도 26은 SiC c-축 및 SiC a-축을 따라 CTE에 대한 중첩 플롯과 함께, SiC에 대한 온도의 함수로서 선형 열팽창 계수를 플롯팅하는 선형 차트이다. 도 25과 도 26을 비교하면, 사파이어(도 25)는 SiC보다 축간 CTE에서 더 큰 변화를 나타낸다. 또한 사파이어는 넓은 온도 범위에서 SiC보다 CTE가 더 크다는 것을 알 수 있다.
도 27은 25℃에서 설정된 것으로 여겨지는 다양한 결정질 재료 및 금속에 대한 선형 열팽창 계수의 비교를 제공하는 막대 차트이다. SiC의 CTE는 약 3인 반면, 사파이어의 CTE는 약 7(약 2.3배)임을 알 수 있다. 도 27에 도시되지는 않았지만, PDMS 폴리머의 CTE는 -55 ~ 150°C의 온도 범위에서 3.0 x 10-4 /C인 것으로 별도로 정립되었다. 이러한 값은 도 27에 도시된 사파이어에 대한 대략 7.0 x 10-6 /C CTE 값보다 2배 더 큰 크기이다.
도 28은 3개의 그룹으로 분리된 다양한 물질에 대한 탄성 계수(영 계수) 값을 플롯팅한 다이어그램이다: (1) 금속 및 합금; (2) 흑연, 세라믹 및 반도체; 및 (3) 중합체. 탄성 계수는 일축 변형의 선형 탄성 영역에서 재료의 응력과 변형률 사이의 관계를 정의하는 고체 재료의 강성을 측정하는 기계적 특성이다. 도 28에서 볼 수 있는 바와 같이, 금속 및 반도체는 중합체에 대한 값보다 10배 이상 큰 탄성 계수 값을 나타낸다. 도 28에는 정확한 값이 표시되어 있지 않지만 사파이어의 탄성계수는 345GPa인 반면, 니켈은 190GPa의 탄성모듈을 갖도록 별개로 설정되어 있다. 대조적으로, 폴리머 PDMS는 0.57 MPa에서 3.7 MPa 사이의 탄성 계수 범위를 가지며, 이러한 변화는 폴리머에 존재하는 가교제의 양에 선형적으로 의존한다.
하기 실시예는 본원의 추가의 비제한적인 실시양태를 개시한다.
실시예 1
640 μm 두께, 150 mm 직경의 단결정 SiC 기판이 출발 재료로 사용된다. 10 μm 두께의 SiC 에피택셜 층이 SiC 기판의 제1면에 성장하여 650 μm SiC 구조를 제공한다. 레이저 방출은 SiC 표면에서 240μm 깊이까지 집중되어 그 깊이에서 실질적으로 평행한 복수의 표면 아래 레이저 손상 라인을 생성한다. 단결정 사파이어 캐리어는 WaferBOND® HT-10.10 열가소성 접착제(Brewer Science, Inc., Rolla, Missouri, USA)를 사용하여 SiC 기판의 반대쪽 두 번째 면에 부착되고 열압착 공정(1800N 힘의 적용 및 유지 보수 포함) 180°C)는 접착제 경화가 완료될 때까지 수행된다. 열 유도 파괴는 사파이어 캐리어를 -70°C로 유지되는 액체 질소 냉각 진공 척과 접촉시켜 수행된다. 파단은 410μm 두께의 SiC 부분과 별개로 사파이어 캐리어에 결합된 240μm 두께의 SiC 부분(결합된 어셈블리 형성)을 생성한다. 410μm 두께의 SiC 부분에 남아 있는 레이저 손상은 랩핑(lapping) 및 CMP에 의해 제거되어 에피택시 준비가 된 350μm 두께의 SiC 웨이퍼를 생성한다. 별도로 240μm 두께의 SiC를 포함하는 결합된 어셈블리도 랩핑 및 CMP를 거쳐 SiC가 180μm 두께로 감소된다. 그 후 결합된 어셈블리는 캐리어를 가열 진공 척과 접촉시켜 접착제를 연화시키는 동시에 열 슬라이드 오프(thermal slide-off) 프로세스에 따라 SiC에 횡력을 가하는 것을 포함하여 캐리어 제거를 받게 된다. 얻어진 180μm 두께의 SiC 웨이퍼는 이미 SiC 에피택셜 층을 가지고 있어 MOSFET 제조에 적합하다. 공정의 결과는 출발 재료로 사용된 640마이크론 두께의 SiC 기판에서 에피택시 준비가 된 350μm 두께의 SiC 웨이퍼와 이미 그 위에 SiC 에피택셜 층이 있는 180μm 두께의 SiC 웨이퍼를 형성하는 것이다.
실시예 2
570μm 두께, 150mm 직경의 단결정 SiC 기판이 출발 재료로 사용된다. 2 μm 두께의 SiC 에피택셜 층이 SiC 기판의 첫 번째 면에 성장하여 572 μm SiC 구조를 제공한다. 레이저 방출은 SiC 표면에서 160μm 깊이까지 집중되어 그 깊이에서 실질적으로 평행한 복수의 표면 아래 레이저 손상 라인을 생성한다. 실시예 1과 동일한 접착 공정을 사용하여 SiC 기판의 반대쪽 제2 면에 단결정 사파이어 캐리어를 접착한다. -70°C로 유지되는 액체 질소 냉각 진공 척과 사파이어 캐리어를 접촉시켜 열 유도 파단을 수행한다. 파단은 412μm 두께의 SiC 부분과 별개로 사파이어 캐리어에 결합된 160μm 두께의 SiC 부분(결합된 어셈블리 형성)을 생성한다. 412μm 두께의 SiC 부분에 남아 있는 레이저 손상은 래핑(lapping) 및 CMP에 의해 제거되어 에피택시 준비가 된 350μm 두께의 SiC 웨이퍼를 생성한다. 별도로 160μm 두께의 SiC를 포함하는 결합된 어셈블리도 랩핑 및 CMP를 거쳐 SiC가 100μm 두께로 감소된다. 그 후 결합된 어셈블리는 캐리어를 가열 진공 척과 접촉시켜 접착제를 연화시키는 동시에 열 슬라이드 오프 프로세스에 따라 SiC에 횡력을 가하는 것을 포함하여 캐리어 제거를 받게 된다. 얻어진 100㎛ 두께의 SiC 웨이퍼는 이미 SiC 에피택셜 층을 갖고 있어 RF 소자 제작에 적합하다. 공정의 결과는 출발 물질로 사용된 570마이크론 두께의 SiC 기판으로부터 에피택시 준비가 된 350μm 두께의 SiC 웨이퍼와 이미 그 위에 SiC 에피택셜 층이 있는 100μm 두께의 SiC 웨이퍼를 형성하는 것이다.
실시예 3
10mm 이상의 두께를 갖는 150mm 직경의 단결정 SiC 기판(잉곳)은 355미크론의 두께를 갖는 SiC 웨이퍼의 생산을 위한 출발 재료로 사용된다. 레이저 방출은 SiC 기판의 C 말단 상면을 통해 충돌하여 표면 아래 레이저 손상을 형성한다. 본 명세서에 개시된 열가소성 접착재를 이용하여 SiC 기판의 상면에 사파이어 캐리어를 접합하고, 열에 의한 파단을 수행하여 SiC의 상부(웨이퍼) 부분을 잉곳의 나머지 부분으로부터 분리시킨다. 분리된 웨이퍼 부분의 Si 종결면과 잉곳 나머지의 C 종결면 모두 2000 그릿 연삭 휠(예를 들어, 금속, 유리체 또는 수지 결합형 연삭 휠)을 사용하여 거칠게 연삭하여 눈에 보이는 모든 레이저 및 파단 손상을 제거한다.
그 후, 분리된 웨이퍼 부분의 Si 종결면과 잉곳 나머지의 C 종결면 모두 7000 이상의 그릿(예를 들어, 최대 30,000 그릿 이상)으로, 미세 연삭(예를 들어, 유리질 연삭 표면 사용)되며, 바람직하게는 4 nm 미만의 평균 조도(Ra), 더 바람직하게는 1-2 nm Ra의 범위의 조도(Ra)로 연삭된다. 나머지 잉곳에서는 후속 레이저 처리에 영향을 미치지 않도록 매끄러운 표면이 필요하다. 웨이퍼는 CMP 준비가 되어 있어야 하고 필요한 CMP 제거량을 최소화하기에 충분한 평활도를 가져야한다. CMP는 일반적으로 비용이 더 많이 드는 공정이기 때문이다. 미세 파단 공정 중 일반적인 물질 제거는 거친 연삭으로 인한 모든 잔류 표면하 손상과 남아 있는 레이저 손상(눈에 보이는 것과 보이지 않는 것 모두)을 제거하기 위해 5~10미크론의 두께 범위에 있을 수 있다. 그 후, 잉곳 나머지는 추가 처리를 위해 레이저로 되돌려지고 웨이퍼는 가장자리 연삭되고 에피택셜 성장을 위한 준비를 위해 화학적 기계적 평탄화(CMP)가 수행된다.
미세 연삭 Si 면이 긁힐 위험을 피하기 위해 거친 표면 연삭과 미세 표면 연삭 사이에 가장자리 연삭을 수행할 수 있다. CMP가 수행되는 동안 약 2 마이크론의 두께 범위로 물질 제거가 수행될 수 있다. 기판(잉곳)에서 소비되는 총 물질은 475미크론 미만일 수 있다. 355미크론의 최종 웨이퍼 두께를 감안할 때 커프 손실은 120미크론 미만이다.
여기에 개시된 바와 같은 다양한 특징 및 요소들 중 임의의 것은 여기에 달리 표시되지 않는 한 하나 이상의 다른 개시된 특징 및 요소와 결합될 수 있다.
당업자는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 개선 및 수정을 인식할 것이다. 이러한 모든 개선 및 수정은 여기에 개시된 개념 및 뒤따르는 청구범위 내에서 고려된다.

Claims (1)

  1. 결정질 재료 처리 방법에 있어서,
    개재 접착 물질을 사용하여 결정질 재료의 제1면에 강성 캐리어를 일시적으로 결합하되, 상기 결정질 재료는 상기 제1면에 대해 제1 깊이에서 표면 아래 레이저 손상 영역을 갖는 기판을 포함하고, 상기 접착 물질은 25°C를 초과하는 유리전이 온도를 갖고,
    상기 강성 캐리어, 상기 접착 물질 및 상기 기판으로부터 제거된 상기 결정질 재료의 일부를 포함하는 결합된 어셈블리를 생산하기 위해 상기 표면 아래 레이저 손상 영역을 따라 또는 그에 근접하여 상기 결정질 재료를 파단하는 방법.
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